Regulador de poténcia para electroimán

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Sergi
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Regulador de poténcia para electroimán

#1 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

Me ha surgido un problema que supera mis conocimientos de electrónica de potencia...

Para más señas viene del tema del espectrógrafo de masa en la sección de vacío y física de partículas...

viewtopic.php?t=6152&postdays=0&postorder=asc&start=0

A saber...

Necesito controlar un electroimán de unos 4000w de potencia, con dos devanados de 2000w cada uno y que funcionan bien a 220v 50Hz (sin calentarse apenas)

Imagen

Necesito poder regular el campo magnético que genera el electroimán, desde cero hasta la máxima potencia que sea capaz de dar con 220v rectificados (340v en continua creo). La etapa de potencia tendría que poderse controlar para generar una variación del campo magnético en diente de sierra regulable en frecuencia, desde 1Hz hasta 40Hz o 50Hz.

Para controlar el electroimán a 340v, con una potencia de unos 2000W por devanado (y tiene dos) veo muy complicado usar transistores (trabajando a media regulación se calentarán demasiado y se acabaran destruyendo) .

habría que sobredimensionar un poco el circuito o reventará a la mínima, unos 4000w de capacidad por etapa. Pongamos que calculamos la capacidad del controlador a 10 amperios 340v. Un tiristor de 15A es bastante barato, pero el problema es que solo conmuta.

La idea que tenía en mente es usar picos de alta frecuencia, toda la que pueda asumir el tiristor, e integrarlos después con unos buenos condensadores para entregar una tensión filtrada a los bobinados. Los picos de alta frecuencia serian de amplitud variable, siendo los más cortos los que entregarían menos potencia etc, hasta llegar a la conmutación permanente a la máxima potencia.

¿lo veis factible? Prefiero tener algo de asesoramiento antes de ponerme a quemar componentes y hacer saltar los plomos.

un saludo... y mil gracias por su paciencia
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Cecil Thousan

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asegade
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Regular el campo magnético

#2 Mensaje por asegade »

Hola Sergi

Muy bueno tu trabajo !
Tu bobina es un integrador natural, de modo que si usas PWM (modulación por ancho de pulso) obtendrás las frecuencias bajas que buscas. Tu frecuencia de troceado (chpping freq.) puede permanecer constante, entre 15 y 20 kHz (por motivos prácticos), y varías el ciclo de trabajo de la onda cuadrada entre 5 y 95 % por ejemplo.
Debes usar alimentación trifásica si no quieres que las cosas se compliquen demadsiado, ya que la monofásica rectificada es demasiado pulsante (a 100 o 120 Hz) en lo que a potencia se refiere.
Como elemento de control de la corriente puedes usar MOS-FETs o algún otro componente mas moderno si lo consigues.
La estrategia analógica mas sincilla de control de ancho de pulso se logra cortando la sinusoide de frecuancia deseada con una onda triangular de la frecuencia de troceado y amplitud un poco mayor que la sinusoide. Los intervalos en que la triangular son mayores que la sinusoidal son los que producen el período de encencido de los pulsos y cuando es al revés, tenemos el período de apagado.
Los componentes de control de la corriente trabajan en régimen on-off a una frecuencia no muy alta, de manera de que no se calienten demasiado.
Dime si has oido hablar de todos estos temas para ver como seguir.
Por ejemplo en este sitio encontrarás el funcionamiento teórico de un inversor monofásico como el que describí:
http://html.rincondelvago.com/inversor-pwm.html
Otro ejemplo que parece mejor que el primero:
http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~potenc ... CO%202.pdf

Salu2

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heli
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#3 Mensaje por heli »

Los mejores componentes para realizar el chopeado de una carga inductiva son los IGBT. Actualmente es muy fácil encontrarlos para controlar vitrocerámicas de inducción o variadores de frecuencia trifásicos.
No necesitas usar alterna, basta con un puente rectificador y un buen filtro. Para 2000W necesitarás afinar mucho el diseño y dejar un buen margen de seguridad.
¡No es imposible, lo que pasa es que no sabes como hacerlo!
Aka: no es difícil si sabes como.
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asegade
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filtro

#4 Mensaje por asegade »

Hola.
Solo para aclarar que la idea de rectificar trifásica y no monofásica es para que el filtro sea mas sencillo y el rizado en contínua mas bajo.
Se por experiencia personal que cuando tienes algún kilovatio de potencia que rectificar, el filtro te puede llegar a costar bastante caro, y si en cambio tienes acceso a la trifásica, la cosa cambia mucho ;-)
Salu2

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Sergi
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#5 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

...gracias por las respuestas.

Trabajar en trifásica es posible. Pero intentaré primero a ver hasta que punto me afecta el rizado en monofásico (que me evitara una manguera trifásica hasta el laboratorio). Tengo unos buenos condensadores de 400V que pueden hacer bien el trabajo.

Una vez tenga la tensión de trabajo continua...

Asegade...

Creo que entiendo el sistema PWM, intentaré un circuito para generar los pulsos con este sistema. pero en vez de comparar la frecuencia de troceado con una sinusoidal tendré que compararla con una diente de sierra de la frecuencia que le queremos dar al campo... cierto? ...dos generadores de onda y un operacional,... tal vez?

Los IGBT parecen buena opción para el control de potencia, pero son tremendamente caros 70E para 90A. A ver si encuentro una vitroceramica de inducción en el chatarrero....

sigo trabajando en ello.

un saludo
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asegade
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#6 Mensaje por asegade »

Cierto Sergi, lo de comparar la triangular de alta frecuencia con el diente de sierra de baja frecuencia que quieres generar. No requiere mucha cosa. Puedes usar comparadores o no, dado lo baja de la frecuencia (o en otras palabras los operacionales estarán bien).
Suerte con los IGBT (siempre son demasiado caros)

tiopepe123
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#7 Mensaje por tiopepe123 »

Los igbts no son tan caros, miralo bien.sobre 8-20€
En todo caso siempre puedes utilizar mosfets en paralelo.
El proyecto no es facil necesitaras redes de recuperacion y otras historias.

Una tension trifasica rectificada casi se puede considerar continua.

Para mejorar el filtrado puedes añadir un inductor en serie.

Recuerda que trabajaras con tensiones altamentes peligrosas, ve con cuidado.

Mira de conseguir una estura o unas bobillas de bastante potensia, esto te salvara mas de una vez los transistores durante las pruebas.
Se ponen en serie si el circuito funciona mal las bombillas se encienden a toda caña pero el circuito no le pasa nada, si funciona bien las bombillas quedan rokizas.
Es el tipico truco utilizado para reparar TV.

Pasate por epanorama.net

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Sergi
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#8 Mensaje por Sergi »

Gracias a todos de nuevo...


Tiopepe123...

epanorama.net es un verdadera mina... gracias por el enlace.

¿que es una red de recuperación?

...y gracias por recordarme lo de la bombilla. Había usado el truco alguna vez en reparaciones, pero no había pensado en el para este proyecto.

La semana que viene intentare sacar tiempo para construir el generador de onda, ya os contaré.

un saludo
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#9 Mensaje por Sergi »

Hola a to@s

He estado trabajando en el generador de pulsos de amplitud variable...

La onda triangular la conformo con un circuito basado en este...

Imagen

... de epanorama.net

En principio la puedo ajustar entre 5KHz y 20KHz, supongo que será suficiente para la frecuencia de troceado.

La diente de sierra la saco de la pendiente condensador/resistencia de un 555, pero no es lineal, sobre todo a muy bajas frecuencias. Tendré que buscar un circuito más adecuado.

La comparación entre las dos ondas la estoy haciendo con otro LM1458 pero me da la sensación de que su tiempo de transición es un poco lento, porque al ampliar la imagen en el osciloscopio se aprecia la pendiente entre pulsos. Tal vez con un operacional más rápido?...

una foto...

Imagen

En la imagen la frecuencia de troceado es muy lenta para que se aprecien los pulsos. Si amplio la frecuencia y le pongo una resistencia de 100K y un condensador a masa en la salida se vuelve a construir la pendiente de sierra sin rizado. Claro que son solo pruebas, ya veremos como responde el electroimán.

Aún estoy intentando conseguir los IGBT

un saludo
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#10 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s


Después de una semana de búsqueda he encontrado estos componentes...

Imagen
este tiene pinta de ser un controlador de velocidad para motores trifásicos, pero no he encontrado información sobre el...

Imagen
Este es un modulo de potencia a transistores 2DI150G-100 con una carga máxima de 150A 1000V y 1000W por módulo. tiene dos módulos pero no son independientes.

Imagen
Este son diodos gobernados TT42F que he creído entender que soporta 100A. pero no se si podrían servir para lo que queremos hacer. Podría conseguir 5 o 6.

Imagen
Este es un IGBT BSM15GD120D de seis etapas con 25A por etapa. Creo que se podrían montar 3 en paralelo, pero no estoy seguro.

Imagen
Este es un IGBT BSM50GB120DN1 de 1200V y 75A por etapa, tiene dos pero no se pueden montar en paralelo. El datasheet indica que puede disipar 400w por módulo ¿es esta la carga máxima, o es otro parametro?


Imagen
Estos son transistores Darlington MJ10100 con una carga máxima de 100A a 850v. De estos puedo conseguir 4 o 6 unidades.




... Y para el filtrado de la alterna y los impulsos de alta frecuencia estos condensadores...

Imagen

La pregunta es...

¿Alguno de estos módulos de potencia serviría para inyectar los impulsos al electroimán con un margen de seguridad para no quemarlo?

¿Tendré bastante con estos condensadores para filtrar la alterna si al final utilizo una alimentación monofásica?

Buenooo.... a ver si hay suerte

Un saludo y gracias de nuevo
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