CONVERTIDOR SWITCHING CC-CC PARA PROTECCIÓN CATÓDICA TELEGESTIONABLE MODELO: CPSGE-UPCS3040 PARA EQUIPOS IVS 4500
MODELO:
CPSGE-UPCS3040 ( Vsalida = 30V, Isalida = 40 A).
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Equipo rectificador monofásico switching para protección catódica, a potencial constante o corriente constante, seleccionable, telegestionado.
El equipo está equipado con una eficiente etapa de filtrado en la entrada contra interferencias electromagnéticas por conducción (EMI) por lo que resulta inmune a ruidos de línea o transitorios, cumpliendo con las Normas IEC-255 de impulsos, perturbación y rigidez dieléctrica.
Alimentación: 42 – 60VCC.
Temperatura ambiente de funcionamiento : -0ºC a +50ºC
Humedad: 85% sin condensar.
Máxima tensión de salida: 30V
Máxima corriente de salida: 40A
Rendimiento aproximado: >85%
Protección electrónica contra sobrecargas y/o cortocircuitos de salida permanentes.
IEC-255:
Impulso: 5kV modo común (+ ; -); 2,5kV en modo diferencial
Rigidez dieléctrica: 2,5kVCA 50Hz (1minuto)
Perturbación: Burst según Norma 2,5kV modo común y 1,5kV modo diferencial.
Son equipos basados en tecnología de switching mode power converter, en donde la frecuencia de funcionamiento es 500 ó 2000 veces mayor que la frecuencia de línea (50 Hz). Los semiconductores utilizados en la conmutación de alta frecuencia, son MOSFET (transistores de potencia de última generación) que poseen para este caso particular una resistencia de conducción extremadamente baja.
Al ser utilizados como llaves variando el ángulo de conducción y con una etapa posterior de filtrado, aseguran muy bajas pérdidas de disipación de potencia, por lo que se obtienen rendimientos superiores al 85% a plena carga.
CARACTERISTICAS TECNICAS:
Los equipos se proveen aptos para ser alimentados por tensión contínua suministrada por Turbinas, Banco de baterías, Aerogeneradores o paneles solares, hasta un máximo de 60VCC de entrada.
El riple de salida es inferior al 5% de la tensión de salida implementándose, tanto en la entrada como en la etapa final, sendas redes de absorción de interferencias electromagnéticas por conducción.
El rendimiento total es superior al 85% a plena carga.
La tensión máxima de salida es de 30V. y la corriente 40A, limitada en forma activa, con autorreposición una vez superada la sobrecarga.
El rango de temperatura ambiente requerido para el correcto funcionamiento es de 0 a 50ºC.
Tanto la entrada como la salida están protegidas por packs de varistores y fusibles.
Los modos de estabilización son: Corriente constante (desde 1 a 40A), Tensión de salida constante (desde 1 a 30V), y Potencial constante (desde -100 a -3000mV). Posee un panel digital de visualización y control, integrando varios instrumentos en un único display LCD de 4 x 20 caracteres.
El equipo cuenta con una llave termomagnética de encendido del módulo switching, y bornes para permitir la incorporación de un ciclador externo.
MODO DE FUNCIONAMIENTO:
Hay tres etapas perfectamente diferenciadas a saber:
- Módulo de visualización y control.
- Módulo switching de potencia para protección catódica.
- Módulo interfaz y fuente auxiliar.
Módulo de visualización y control:
Es el encargado de supervisar la tensión proveniente del generador eólico, controlando la carga hacia el banco de baterías, monitoreando simultaneamente al módulo switching de salida.
El sistema de carga se realiza por medio de control de tensión de batería tipo “fondo / flote” con histéresis prefijada por software del microcontrolador (conexión: 52V y desconexión: 56V), contando además con corte por batería baja (corte: 42V, reconexión: 47V) para preservación de la vida del banco, y reconexión por batería normal.
Cuando la generación del eólico es excesiva y el banco de baterías se encuentra completamente cargado, un array de MOSFET ( o llave MOSFET) se conecta a los 58V de salida a una carga resistiva pura, derivando la potencia generada y evitando así que se sobrepase la tensión continua de 60V. La conexión de la resistencia “freno” se realiza por medio de un circuito con ancho de pulso variable a una frecuencia de 1KHz y una amplitud de 1V (para pasar gradualmente de desconexión a conexión a pleno), de modo tal de no generar flancos abruptos con grandes variaciones de tensión al conectar una gran carga sobre la tensión del aerogenerador.
Un oscilador de alta estabilidad, genera la base de tiempos del microcontrolador que rige para el clock del cuentahoras, muestreo y adquisición de datos, velocidad de comunicación, etc.
Las mediciones adquiridas se presentan en un display LCD
-Tensión de aerogenerador
-Corriente de aerogenerador
-Tensión de batería
-Corriente de batería (positiva: carga; negativa: descarga)
-Tensión de salida
-Corriente de salida
-Potencial
-Cuentahoras.
Además, se indica el estado de batería baja y desconexión del consumo del banco de baterías, por medio de la inscripción “low”. Así mismo, se visualiza “F” mientras se encuentre el banco sometido a carga a “fondo”, borrándose al cambiar al estado “flote”.
El cuentahoras mantiene la lectura en una EEPROM, de modo tal de preservarla pese a falta total de energía. Permite leer incrementos de cuenta cada 36seg ( centésima de hora), hasta un máximo de 6 dígitos enteros y dos decimales.
Para poder ingresar seteos del módulo switching de potencia, se debe presionar el pulsador SET; luego de lo cual, comenzará a titilar la letra indicadora de “modo” de estabilización (I: corriente; P: potencial; V: tensión de salida). Con las flechas “arriba” / “abajo” se irá cambiando sucesivamente el modo. Presionando la tecla F1, se borrarán los dígitos de la variable a modificar, pudiendo ingresar los tres dígitos que conforman la tensión de salida o corriente ( sin ser necesaria la “coma”), o los cuatro dígitos para el modo potencial.
Para confirmar cualquier cambio, ya sea Modoo Seteo, se deberá pulsar la tecla
Puede existir una pequeña diferencia entre el valor preseteado y el medido realmente; y esto sucede porque el módulo de potencia no se realimenta con el panel de control, para poder funcionar en Modo “Manual” totalmente independiente, sin lazo de realimentación con el panel de control, pudiendo hasta incluso prescindir de él.
Módulo switching para protección catódica:
Basa su principio de funcionamiento en tecnología de conmutación en alta frecuencia, donde resalta como principal característica la eficiencia ( 85% - 90%), lo cual permite reducir pérdidas por calentamiento.
Se trata de un convertidor switching step-down de C.C. a C.C. capaz de regular la salida por tensión constante, corriente constante o potencial constante (seleccionable por medio del panel de control o jumper de la placa).
La tensión de entrada podrá fluctuar entre 42 y 60VCC, entregando a la salida C.C. constante regulada con muy bajo riple, con valores máximos de 30V y 40A respectivamente.
Cuando la tensión del banco de baterías está por debajo de 42V, se indicará en la pantalla con “Low” el estado de las baterías bajas, inhabilitando el funcionamiento del módulo switching, y desconectando todos los circuitos de funcionamiento. Solamente quedará alimentado el panel de control que reconecta el sistema completamente cuando la tensión asciende a 47V.
De esta forma se evitan oscilaciones de conexión / desconexión del banco de baterías.
El módulo switching se conecta por medio de una llave termomagnética unipolar ubicada en el interior del gabinete del controlador de generador eólico.
Está protegido contra sobrecargas y/o cortocircuitos permanentes electrónicamente.
La variable elegida se mantiene constante a través de una comparación entre una proporción de la misma y una referencia ajustable de alta estabilidad; regulando por medio de la etapa switching el tiempo de conducción (ton) y no conducción (toff) del semiconductor de paso.
La tensión de referencia ajustable se obtiene en el mismo módulo (variando un preset con el jumper selector en modo “manual” ) o a través del PWM entregado por el módulo de control.
Todas las líneas selectoras de modo de estabilización y PWM, están aisladas por optoacopladores del módulo de control, aumentando su inmunidad al ruido.
Con una apropiada etapa de filtrado L-C y EMI implementada en la salida se elimina casi por completo el riple residual de conmutación, suministrando a su vez una corriente contínua pura.
Tanto la etapa de rectificación de potencia como el módulo switching se encuentran montadas sobre sendos disipadores con refrigeración por convención natural, dimensionados de manera de obtener una sobreelevacion mínima de temperatura con respecto al ambiente.
BORNERA DE CONEXIÓN:
Las fases del generador no tienen polaridad, al igual que la resistencia de carga auxiliar. Se debe prestar atención al conexionado del banco de batería y la salida pues sí tienen polaridad indicada.
Los terminales de reset, están accesibles para poder resetear el cuentahoras cortocircuitándolos con un puente ( con el equipo en marcha).
El cuentahoras guarda los datos numéricos en una EEPROM.
CONEXIONADO INICIAL Y PUESTA EN MARCHA:
1- Conectar la carga resistiva auxiliar C-C (es indistinta la polaridad) con cable de sección no inferior a 10mm2.
2- Conectar el cable de electrodo E ( si estuviese instalado) de 4mm2 de sección.
3- Conectar el cable de toma de potencial TP ( si hubiere) de 4mm2 de sección.
4- Conectar la salida, cuidando la polaridad: S+ al dispersor , S- a la tubería, con sección no inferior a 10mm2.
5- Asegurarse de que la llave termomagnética de alimentación al módulo switching esté cortada.
6- Asegurarse que la llave trifásica termomagnética ubicada en el lateral izquierdo interior del controlador, se encuentre en conexión (cortocircuitando las tres fases del generador cuando se conecten).
7- Verificar que el generador se encuentre parado y con el freno mecánico activado.
8- Conectar las tres fases del generador con cable de sección no inferior a 10mm2.
9- Conectar el Negativo del banco de baterías (B-).
10- Liberar el freno mecánico del aerogenerador.
11- Colocar la llave termomagnética trifásica en posición “apagado”.
12- Si hay suficiente viento y el generador comienza a girar, observar el display del pqwwwanel de control; y cuando el voltímetro de baterías indique entre 48 y 50V, recién entonces conectar el positivo del banco de baterías (B+).
13- Setear al mínimo la variable a estabilizar. (
14- Conectar la llave termomagnética del módulo switching.
15- Seleccionar Modo de funcionamiento: Potencial, Corriente o Tensión constante (.
16- Subir la regulación hasta el punto deseado, seteando los valores por teclado. Tener en cuenta que se ingresarán 3 dígitos numéricos solamente (sin coma decimal) en caso de tensión o corriente constante, y cuatro dígitos en caso de potencial constante:
17- Verificación de cambio FONDO / FLOTE: Si el banco de baterías está cargado, se observará – mientras hay generación por viento – que en el display aparece la letra “F” indicadora de carga a fondo, que se mantendrá hasta que la tensión del banco de batería asciende hasta 56V, momento en el que se desconecta el banco de batería, se apaga la letra “F”, pasando a modo “FLOTE”. Durante el modo “FLOTE”, la batería tenderá a su valor de reposo, bajando lentamente su voltaje; pero al llegar a 52V, se conectará nuevamente el banco, apareciendo la letra “F” y comenzando un nuevo ciclo de carga “FONDO”/”FLOTE”.
18- Verificación del accionamiento de la lave MOSFET de freno electrodinámico: Al estar iterando entre los valores 52 y 56V de banco de baterías por estar cargado, observar que se escuchará un zumbido de frecuencia relativamente baja, correspondiente al PWM de conmutación de la carga “freno”. Será más fuerte cuanto mayor potencia excedente haya. Si se observa con osciloscopio entre los terminales de potencia de la llave más próxima a la placa de montaje, se obtendrá una señal de tipo rectangular (ciclo variable de acuerdo al exceso de generación), de unos 150Hz aproximadamente y 60V de amplitud máxima. No se deben observar picos de conmutación que superen los 80VCC, y la temperatura dee la llave deberá estar por debajo de los 60ºC.
