ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA – ECBTI

PROYECTO FINAL

PARTICIPANTES

LUIS MANUEL OLIVAR DIAZ

CODIGO: 73106391

NELSON QUINTANA

Grupo 23

ANÁLISIS DE CIRCUITOS DC – 201418

PERIODO II DE 2012- PROYECTO FINAL

TUTOR

JOAN SEBASTIAN BUSTOS

FECHA

10 de diciembre de 2012

Contenido

Introducción

Justificación

Lista de materiales

Circuito eléctrico de alimentación de dispositivos eléctricos.

Circuito de carga de baterías utilizando capacitores y energías

renovables.

Circuito que permita monitorear la pérdida de potencia en un

motor eléctrico de tracción DC.

Circuito Eléctrico General que integre los circuitos anteriores.

Desarrollo de las fases del proyecto, en el cual se debe tener

en cuenta los siete puntos del Análisis del Circuito Eléctrico general

Circuito Eléctrico General

Conclusiones:

Referencias bibliográficas

INTRODUCCIÓN

Para el presente trabajo nos han solicitado diseñar un circuito eléctrico que

permita alimentar y controlar los diferentes dispositivos eléctricos típicos de un

vehículo convencional. A su vez diseñar el sistema de carga de baterías con

algún sistema de energías renovables y elaborar el diseño eléctrico para la

aplicación de un circuito que permita monitorear la perdida de potencia en el

motor eléctrico DC de tracción de un vehículo eléctrico.

Conectar baterías en serie, de 1,5V baterías de plomo acido, para

8.Averiguar el tipo de batería para que nos den 100V. Para 9

baterías*12 .Averiguar 100V en serie.

La fuente de alimentación del circuito eléctrico general es de 100V DC

(Voltaje suministrado por baterías), el circuito de luces debe manejar una

tensión de 12V y el circuito de accesorios debe ser alimentado por 9V.

Productos a entregar:

1. Circuito eléctrico de alimentación de dispositivos eléctricos. Baterías

Circuito carga de baterías utilizando capacitores y energías renovables.

Utilizar paneles de energía solar y un motor

Circuito eléctrico que permita monitorear la pérdida de potencia en un

motor eléctrico de tracción DC.Debe ser un circuito que mida el voltaje y

la corriente y que siempre mida los 100kw.

Circuito Eléctrico General que integre los circuitos 1,2 y 3

Análisis del Circuito Eléctrico General: 1.

Identificar las magnitudes y unidades básicas del sistema internacional

de cada uno de los elementos eléctricos del Circuito Eléctrico

General.(corriente,voltaje,plano)

2. Determinar los elementos activos y pasivos del

circuito(diodos,mosfets,transistores,leds)resistencias,inductancias y

condensadores

Determinar voltaje y corriente en cada dispositivo eléctrico, De acuerdo a

potencia.

Calculo de máxima transferencia de potencia para cada dispositivo

eléctrico. Determinar la trasferencia de energía de cada puente y

aplicamos máxima transferencia de potencia.

Aplicación del teorema de Norton y su equivalente thevenin para calcular

el voltaje en cada elemento eléctrico. Del plano general lo sintetizamos a

su equivalente Norton y tevenin.

Demostración del principio de linealidad y superposición al circuito

diseñado. Cogemos todos los elementos lineales son cargas resistivas

porque en DC las inductancias son circuitos cerrados y las capacitancias

son circuitos abiertos(formula )V=I*R

El principio de superposición: El efecto combinado

Análisis general de nodos cuando todos los dispositivos eléctricos están

en funcionamiento. Al final

video debe estar adjunto al contenido del informe final, el video debe

tener audio de cada uno de los participantes que colaboraron en la

realización y montaje del proyecto. En Power Point.

JUSTIFICACION

En este trabajo vamos a emplear todo el conocimiento de lo aprendido en el

curso de análisis de circuito. Para esto desarrollaremos un trabajo que

consiste en un carro eléctrico, según la guía de actividad, basándose en lo

aprendido y búsquedas de otras fuentes didácticas

Desarrollo motor

Los dispositivos eléctricos a alimentar son los siguientes:

Circuitos de accesorios

Potencia(W)=I*V

Voltaje(v)=I*R

Corriente(I)A

=

Resitencia(R)Ω

=

Radio 15 9 1,66 5,42

Alarma 10 9 1,11 8,11

Limpia parabrisas

10 9 1,11 8,11

Desempañador vidrio trasero

20 9 2,22 4,05

Luces extras (exploradoras)

20 9 2,22 4,05

Encendedor cigarrillos

30 9 3,33 2.70

Motor de calefacción

30 9 3,33 2,70

Circuitos de luces

Potencia(W) Voltaje(v) Corriente(I)A Resitencia(R)Ω

Faros delanteros

45 9 5 1,8

direccionales 15 9 1,66 5,42

Reversa 15 9 1,66 5,42

Estacionamiento

15 9 1,66 5,42

Tablero 5 9 0,55 16,36

Techo 15 9 1,66 5,42

Los dispositivos de carga de la batería (utilizando energía renovable) para ello

se emplearan celdas de energía solar que será cargados en casa

estacionamiento.

Se emplearán celdas de 0,7voltios que se ponen en serie y en paralelo .Los

paneles vienen para cargar a 12 voltios pero necesitamos cargar una batería

de 100V.

Diseñamos con dos paneles de 55V cada uno y conectados el circuito en serie

para determinar la corriente (I).

Como el motor es de 100V; debemos calcular la batería para obtener la

corriente que moverá el motor. La batería tiene que dar 100A*100V para

obtener una potencia de 10.000W.

La batería se mide en amperios/horas y si la batería es de 1000A/h esto

quiere decir que el carro tiene 10 horas de autonomía y que son 10KW.

El dispositivo de carga debe cargar a ese régimen durante las12 horas del día y

se puede almacenar en otras baterías.

CARGADOR DE BATERÍA

Este cargador de batería se istalara en el carro con el fin de que la batería se cargue continuamente en el carro experimental con el panel solar

Este circuito para cargar una batería / acumulador de 12 Voltios

El sistema consiste de un sistema rectificador de ondas (diodos D1 y D2 en el diagrama).

El voltaje pulsante resultante (en forma de "m") se aplica directamente a la batería que se desea cargar a través del tiristor (SCR1).

Cuando la batería o acumulador está bajo de carga, el tiristor (SCR2) está en estado de corte (no conduce y se comporta como un circuito abierto).

Esto significa que a la compuerta del tiristor (SCR1) le llega la corriente (corriente controlada por el resistor R1) necesaria para dispararlo.

Cuando la carga se está iniciando (la batería está baja de carga) el voltaje en el cursor del potenciómetro (la flechita) es también bajo.

Este voltaje es muy pequeño para hacer conducir al dodo zener de 11 voltios.

Así el diodo zener se comporta como un circuito abierto y SCR2 se mantiene en estado de corte. El transformador de entrada es quien va a recibir el voltaje de salida del panel solar

1- INTRODUCCIÓN

La energía solar emblema de las energías renovables ha protagonizado en los

últimos años una

progresión debido a las mejoras de la tecnología, asociada a la reducción de

costes y

principalmente gracias al interés mostrado por las diferentes administraciones

en distintos

países, en forma de ayudas y subvenciones. En este sentido cabe destacar los

Decretos 436/2004

y 1663/2000 que regulan el procedimiento de conexión de las plantas

fotovoltaicas a la red, y el

Decreto 352/2001 que regula el procedimiento administrativo de aplicación en

Cataluña. El

precio de venta establecido por la compra de la energía eléctrica producida en

instalaciones de

potencia inferior a 100 Kilovatios unido a las subvenciones aportadas por las

diferentes

administraciones, permite que este tipo de instalaciones se hayan convertido

en viables. Este

hecho unido a la voluntad de contribuir en la medida de lo posible a la

sostenibilidad energética,

ha hecho posible el incremento exponencial de estos proyectos de energía

solar fotovoltaica

integrada en cubiertas de edificios industriales y conectados a la red.

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

La Energía solar, es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el

calor emitidos por el

sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del

calor que

produce, como también a través de la absorción de la radiación, por ejemplo

en dispositivos

ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables

particularmente del grupo no

contaminante, conocido como energía limpia o energía verde.

La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones

atmosféricas que la

amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de

irradiación el valor es de

aproximadamente 1000 W/m2 en la superficie terrestre. A esta potencia se la

conoce como

irradiación.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la

suma de ambas. La

radiación directa es la que llega directamente del foco solar. Sin reflexiones o

refracciones

intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los

múltiples

fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el

resto de elementos

atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse

para su

utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de

todas las

direcciones. La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares)

fuera de la

atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354

W/m2 (que

corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m2 y un valor

mínimo en el afelio de

1308 W/m2).

Objetivos

El principal propósito es el diseño y montaje de un móvil con un Generador Fotovoltaico instalado en su cubierta para así evaluar su funcionamiento.

La incorporación de una nueva fuente de energía, que además es respetuosa con el medio ambiente, permitirá paliar la continua descarga a la que se ven sometidas las baterías, especialmente la de servicio, lo que aumentará la vida media de las mismas. Por otro lado, la autonomía de los móviles también se verá incrementada, ya que actualmente la carga de las baterías depende por completo de la existencia de un punto de acceso a la red eléctrica. Si bien, esto se cumple en la mayoría de las ocasiones, existen situaciones especiales en las que se requiere la autonomía del vehículo de emergencias sanitarias durante un periodo de tiempo relativamente largo y en localizaciones donde el acceso a la red eléctrica resulta bastante complicado: eventos deportivos fuera de las zonas urbanas, romerías, estacionamientos en carreteras, etc.,... La implantación de un generador fotovoltaico en los móvil dotará a la misma de una gran independencia, lo que le permitirá afrontar las situaciones anteriormente descritas con un alto grado de autonomía.

La incorporación del generador fotovoltaico en el vehículo exige la búsqueda de una configuración física y eléctricamente adecuada que optimice tanto la instalación del mismo en la cubierta del vehículo como la interacción del sistema eléctrico original del vehículo con el generador fotovoltaico. En este aspecto, la utilización del prototipo como banco de pruebas es enormemente valiosa, ya que permite estudiar y evaluar diferentes combinaciones entre el GFV y el sistema eléctrico original del vehículo.

1. Generador Fotovoltaico (GFV)

El generador fotovoltaico instalado en el techo del vehículo está constituido por 8 módulos I-50 conectados en paralelo que presentan una potencia total de 400 Wp. Las características más relevantes del mismo se ofrecen en la siguiente tabla.

Tabla 1. Características del GFV implementado en la cubierta del vehículo.

Nº de Módulos 8

Superficie del GFV (m2) 3,46

Tensión Nominal (V) 12

IGFV,M (A) 22,96

PGFV,M (Wp) 400

Este grabado muestra como quedara el panel solar que se instalara en la parte

superior del carro.

Motores El principio del motor DC se muestra en la figura 2.7. En este caso es mostrada

una máquina de corriente continua simplificada, de dos polos, en donde el rotor

posee bobinas (en este diagrama solo una) las cuales están perpendiculares a

los ejes de los electroimanes (o imanes permanentes) del estator.

Figura 2.7. Principio del motor DC (Westbrook 2001).

Ejemplos de vehículos híbridos En la tabla B.2 del anexo B se muestran características de tres vehículos eléctricos híbridos de actual producción para la venta a público (Westbrook 2001). Componentes eléctricos principales de un vehículo eléctrico puro Como se mencionó anteriormente, el vehículo desarrollado en el presente trabajo de título tiene las características de un vehículo eléctrico puro, es decir posee baterías como sistema de almacenamiento de energía y un motor eléctrico como método de propulsión. En esta parte del documento se analizarán los elementos mencionados, más otros necesarios para el funcionamiento del vehículo, revisando los diferentes tipos existentes y sus características técnicas. Los componentes principales del vehículo eléctrico se pueden dividir en los siguientes grupos: Sistemas de propulsión

Sistemas de control y potencia electrónica

Fuentes de energía

Sistemas de carga Sistemas de propulsión En este parte se describirán los diferentes tipos de motor mencionando sus ventajas y desventajas cuando son usados en vehículos eléctricos. Motores DC El principio del motor DC se muestra en la figura 2.7. En este caso es mostrada una máquina de corriente continua simplificada, de dos polos, en donde el rotor posee bobinas (en este diagrama solo una) las cuales están perpendiculares a los ejese los electroimanes (o imanes permanentes) del estator

Figura 2.7. Principio del motor DC (Westbrook 2001). Cuando corriente eléctrica es suministrada a la bobina del rotor mediante las escobillas del colector, el rotor girará si existe un campo magnético radial. Esta rotación es causada por la interacción entre los campos magnéticos del rotor y los polos del estator. Para mantener esta interacción y dirección de rotación, es necesario que la dirección del flujo de corriente que pasa por el rotor cambie de dirección dos veces cada vez que éste de un giro. Esto se puede lograr conectando las bobinas del rotor a un colector segmentado de manera que un arreglo de escobillas sea conectado alternativamente a los extremos opuestos de las bobinas del rotor cada 180º de rotación (Westbrook 2001). La figura 2.8 muestra un esquema más realista de los principios y formas explicados anteriormente

Figura 2.8. Esquema de un motor DC (Westbrook 2001). La mayoría de los pequeños y medianos motores DC tienen dos o cuatro polos, mientras que los motores de mayor tamaño pueden tener diez o más. A diferencia de los motores AC, en donde el número de polos es determinante en la velocidad, en los motores DC esto no se relaciona. Motores DC de conexión en serie En el caso de los motores excitados en serie, el campo de las bobinas de excitación está en serie con las bobinas de la armadura (figura 2.9). En esta configuración, la corriente que pasa por la armadura está limitada por una resistencia. Figura 2.9. Motor conexión serie (Westbrook 2001). 21 Figura 2.9. Motor conexión serie (Westbrook 2001). Figura 2.9. Motor conexión serie (Westbrook 2001). Figura 2.9. Motor conexión serie (Westbrook 2001).

Este arreglo de componentes posee una de las mayores ventajas cuando se usa en vehículos eléctricos: tiene un alto torque en velocidades cercanas a cero. De hecho, el torque sería infinito en velocidad cero, si es que no hay límite de obtención de corriente. En la vida real, la corriente es limitada por la resistencia en serie junto con las del campo y armadura para mantener los elementos sin sobrecalentamiento. Como consecuencia, el torque decae a medida que la velocidad aumenta hasta llegar a un valor pequeño a máxima velocidad, manteniendo la potencia constante. La velocidad del motor es fácilmente controlada ya sea agregando una resistencia variable R1, o bien agregando una resistencia variable R2 en paralelo con el campo del estator. Una reducción de R2 desvía corriente del campo del estator produciendo un debilitamiento de la intensidad de este campo, lo cual a su vez causa un aumento de la velocidad. Efectos similares ocurren al incrementar R1 y por tanto reducir el voltaje. Como se dijo, este tipo particular de configuración en serie es conveniente para un vehículo eléctrico ya que le da una excelente aceleración, control de descenso en bajadas y velocidades constantes en el plano. Todo lo anterior con simples controladores de resistencia y voltaje. Motores DC de conexión Shunt En este tipo de motor DC, las bobinas de campo están conectadas en paralelo con las bobinas de la armadura. La corriente que pasa por cada una es controlada por resistores Rs y Rf como se indica en la figura 2.10. Figura 2.10. Motor conexión Shunt (Westbrook 2001). Figura 2.10. Motor conexión Shunt (Westbrook 2001). Figura 2.10. Motor conexión Shunt (Westbrook 2001).

Figura 2.10. Motor conexión Shunt (Westbrook 2001).

Con este arreglo, el torque permanece constante a medida que la velocidad aumenta hasta llegar a un máximo punto “b” (figura 8). Si la resistencia variable Rf es incrementada, se reducirá la corriente de campo y la velocidad “sin carga” aumentará. Una de las ventajas de los motores de conexión Shunt radica en su facilidad de revertir el giro del motor con solo invertir la relativamente baja corriente de campo, en lugar de hacerlo con la corriente de la armadura (total de la corriente), como se tendría que hacer en un motor en serie. Motores DC compuestos Como lo indica el nombre, este tipo de conexión “compuesta” combina las bobinas de campo utilizada en los motores serie y Shunt tal como se indica en la figura 2.11. Con esta configuración se puede obtener el amplio rango de características que ofrecen los motores serie y Shunt. En este caso, la mayoría del campo es proveído por el bobinado Shunt, con el campo de serie como suplemento. Esto es conocido como “compuesto acumulativo”. Con este arreglo, la corriente de armadura en el campo serie aumentará con la carga causando un aumento además de una caída de velocidad, tal como ocurre en la conexión Shunt. Figura 2.11. Motor compuesto (Westbrook 2001).

Figura 2.11. Motor compuesto (Westbrook 2001).

Motores excitados separadamente Con la mejora de los componentes electrónicos, los cuales ahora cuentan con

la capacidad de controlar altas corriente a relativamente alto voltaje, se ha

vuelto posible el control de los campos y de la armadura independientemente

en los motores excitados por separado (figura 2.12). Con esto se puede lograr

cambiar las condiciones de funcionamiento de manera de lograr las

características de los motores mencionados en los puntos anteriores. Figura

2.12. Motor excitado separadamente (Westbrook 2001).

Figura 2.12. Motor excitado separadamente (Westbrook 2001).

Sistemas de control y potencia electrónica El control de velocidad del motor (RPM), se realiza mediante un “controlador” de motor eléctrico. En aplicaciones automotrices, el motor, las baterías y controlador deben ser elegidos conjuntamente, claramente para obtener un conjunto que minimice los costos, el peso y maximice la eficiencia. El controlador influye en gran medida en la eficiencia global del vehículo, ya que transfiere la energía desde las baterías al motor. Las siguientes son condiciones deseables en un controlador de alta eficiencia (DIE 1991).

variar velocidad, logrando así comodidad y seguridad.

máxima autonomía.

mismo.

de autonomía.

Controladores motor DC Refiriéndonos a los motores de corriente continua, en un principio estos eran

controlados mediante la conexión o desconexión de baterías obteniendo un

control poco fino de la velocidad del motor, o bien variando las resistencias del

campo y armadura, lo que no es eficiente por las pérdidas en forma de calor

(Westbrook 2001). Luego, al reaparecer los vehículos y nuevas tecnologías

tales como interruptores cíclicos llamados “chopper”, mejoraron la eficiencia y

control de los motores.

Los controladores chopper, inicialmente electromagnéticos, hoy utilizan

transistores para el control. Un típico controlador chopper que controla la

corriente de armadura se muestra en la figura 2.15.

Figura 2.15. Controlador chopper para corriente de armadura (Westbrook

2001).

El transistor T1 controla la corriente que se suministra a la armadura mediante

la modulación de ancho de impulsos de voltaje que son aplicados a la base del

transistor, derivados de la posición del pedal del acelerador. El diodo D2 provee

una vía para la corriente de armadura cuando T1 es desconectado. Futuros

desarrollos permiten la adición de un segundo transistor T2 (figura 2.16) y un

diodo D2 haciendo posible el freno regenerativo conectando T2 cuando es

pisado el pedal de freno.

Figura 2.16. Controlador chopper con freno regenerativo

E.5 Sistema eléctrico de accesorios y control El diagrama de conexión de los elementos que pertenecen a este sistema (excluyendo los contactores mostrados en el anexo E.3) , se muestran en la figura E.4. Figura E.4.

Diagrama conexión del sistema 12[V] Los elementos mostrados en el diagrama de conexión de la figura E.4 se describen a continuación: -1 : Batería de 12 [V]: Alimenta el sistema de accesorios y control -2 : Caja porta fusibles -3 : Relay de luces de iluminación -4 : Relay de luces de posición

-5 : Interruptor de selección luces iluminación / posición 131 -6 : Interruptor de encendido de luces -7 : Focos delanteros de iluminación /

posición -8 : Luces de posición traseras -9 : Luces de retroceso -10 : Luces de

freno -11 : Luz senalizadora trasera derecha -12 : Luz senalizadora trasera

izquierda -13 : Luz senalizadora delantera derecha -14 : Luz senalizadora

delantera izquierda -15 : “Flasher” -16 : Interruptor de giro (manilla del

señalizador) -17 : Interruptor del “Hazard” -18 : Bocina -19 : Interruptor pulsador

bocina -20 : Interruptor del freno -21 : Interruptor del limpiaparabrisas -22 :

Línea de alimentación limpiaparabrisas -23 : Luz de Placa Patente -24 :Señal

proveniente del contacto “R” del Forward/Reverse Switch (interruptor de

adelante/atrás) de la figura E.2.

CONCLUSION

Este trabajo lo aprendido fue extraordinario ya que para el desarrollo del tema

no fue tan difícil porque los componentes, el desarrollo numérico y otras cosas

ya lo habíamos aprendido en nuestro curso de análisis de circuito. En este

trabajo mostramos de una manera didáctica todo lo aprendido

Referencias bibliográficas

Electronica moderna practica de Mac Graw Hill

Principios de electrónicas de Malvinos

Textos de la UNAD