DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CONVERTIDOR DE AC-DC APLICADO A UN

CARGADOR DE BATERIAS

DEDICATORIA:

Primero y antes que nada, damos gracias a Dios, por estar con nosotros en cada paso que

damos, por fortalecer nuestro corazón e iluminar nuestra mente. A nuestros padres ya que nos

brindan su apoyo, la alegría y nos dan la fortaleza necesaria para seguir adelante.

RESUMEN

El SCR es un dispositivo semiconductor con características de

rectificador regulador, interruptor estático y amplificador. Por el

hecho de ser un dispositivo semiconductor es compacto,

herméticamente sellado, de operación silenciosa, libre de efectos de

vibración y choque; peso y tamaño reducido, libre de fallas

inherentes y vida media virtualmente ilimitada, medida en billones

de operaciones, aún en atmósferas explosivas y corrosivas. Es un

rectificador, puesto que únicamente conduce corriente en una sola

dirección. Sin embargo, como puede ser controlado presenta la

posibilidad de regular dicha corriente, pudiendo aplicarse en

numerosos circuitos de regulación y control.

El cargador de baterías se basa principalmente, en el control de

corriente de carga mediante la variación del ángulo de disparo de

un convertidor de energía alterna a continua.

El circuito de control es sencillo ya que debe de ser comprensible

para todo tipo de personas, ya que el proyecto tiene la finalidad de

brindar un producto de calidad.

INTRODUCCION

En estos últimos años la industria de la electrónica de potencia ha ido cobrando mayor relevancia, esto gracias al uso de semiconductores que permiten un mejor aprovechamiento de la energía eléctrica.

Hacer sistemas cada vez más óptimos es tarea de nosotros. Es por eso que nace este proyecto del cargador de baterías con un sistema automatizado, capaz de cubrir las necesidades del mercado huancaíno y por qué no decirlo un mercado nacional.

Para lograr un sistema de control inteligente haremos uso de un SCR, ya que este dispositivo nos permitirá controlara de manera eficiente el uso de energía, variando su ángulo de disparo.

El método usado para este proyecto tiene como principio el convertidor AC/DC monofásico, ya que es el que para nuestro propósito es el más adecuado y presenta más ventajas.

1. ESTRUCTURA DEL PROYECTO

1.1 Planteamiento del problema

Implementar un sistema de carga de baterías para automóviles en

nuestro mercado local, a un bajo precio y de manera automatizada.

Comparado a los cargadores de baterías importados.

1.2 Justificación

Debido a la realidad económica que acontece en el país y en los países

de Latinoamérica, todos los sectores productivos necesitan reducir sus

gastos de producción. Un caso particular son las industrias de las

baterías de automóviles, seria de mucho beneficio encontrar un equipo

para la carga de las baterías, que ofrezca las mismas o incluso mejores

ventajas de un equipo extranjero, y con servicio de mantenimiento

dentro del país.

En nuestro país se ha incrementado la población de automóviles de

manera descontrolada en los últimos años, por lo tanto las personas

deben de adquirir equipos importados para poder cargar sus baterías.

Sin embargo ellos podrían adquirir estos cargadores en el mercado

local.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Diseñar y construir un cargador de baterías inteligente para el sector

automovilístico.

1.3.2 Objetivos Específicos

Limitar el consumo de corriente variando el ángulo de disparo

del SCR.

Implementar el convertidor AC/DC.

Dimensionar las características eléctricas del transformador.

Implementar u circuito inteligente para el sistema de control.

Cumplir con las normas nacionales e internacionales.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. CONVERTIDOR CA-CD

Un convertidor de corriente alterna a corriente directa parte de un rectificador

de onda completa. Su carga puede ser puramente resistiva, figura 1.1a. La

forma de onda de salida del rectificador se muestra en la figura 1.1b. Al

agregarle este rectificador un capacitor en paralelo tal como lo indica la figura

1.2a, e convertidor se comporta como un filtro ya que se produce un voltaje a la

salida que es esencialmente continuo, 1.2b.

El convertidor CA-CD os proporciona una señal de salida rectificada (casi

constante) de valor Vm, donde Vm es igual al valor pico del voltaje de entrada

como se muestra en la figura 1.2b. Este voltaje casi constante presenta una

variación de ΔVo. Este valor se puede considerar muy pequeño y de esta

manera encontrar el valor del resistor y del capacitor para un valor de voltaje

directo deseado, de acuerdo a la siguiente expresión

Esta topología sirve como el primer bloque del diagrama I.1, así como circuito

cargador de la batería del celular debido a que se presenta a la salida de un

voltaje constante.

2.2. REDES SNUBBERS

Las redes se utilizan para suprimir transitorios indeseables y eliminar

problemas en os circuitos de conmutación con elementos conductivos y

capacitivos. La conmutación en estos circuitos puede producir EMI

(interferencias electromagnéticas) que afecten a otros equipos y si no se

suprimen las sobretensiones transitorias se pueden exceder los límites de los

dispositivos producir su degradación o destrucción.

Existen numerosas topologías de redes snubbers para la protección de

transistores, tiristores, triacs, etc. Estas redes pueden ser disipativas o no

disipativas, para la protección de sobretensiones directas o inversas, con

polarización o sin ella, etc. En nuestro caso tomaremos como base las tres

topologías de redes snubbers para tiristores que se muestran en la Figura 1 y

las posibles modificaciones o combinaciones entre ellas. Cualquier otro tipo de

red puede ser estudiado a partir de las técnicas expuestas.

En la Figura l(a) se muestra una red con polarización directa y con un diodo

(Di) conectado en anti paralelo con el tiristor: La resistencia R limita la derivada

de tensión directa y Rl la descarga de corriente del condensador cuando se

dispara el tiristor.

En la Figura l (b) podemos ver una red que, con polarización inversa, limita la

derivada de tensión inversa. La misión de R2 es limitar la descarga del

condensador a través del tiristor.

Por último, la Figura l(c) muestra una red sin polarizar que se utiliza para

proteger un par de tiristores en anti paralelo, en la cual la protección debe ser

efectiva en ambas direcciones.

Con la utilización de redes snubbers en los circuitos con tiristores se pretende,

por un lado amortiguar los posibles picos transitorios de tensión y por otro que

la derivada de tensión en bornes del tiristor quede por debajo de un

determinado valor límite. La consecución de estos objetivos resulta

parcialmente contrapuesta, ya que los valores de los componentes que

minimizan la derivada de tensión no lo hacen con los picos de tensión y a la

inversa.

2.3. Conceptos fundamentales de carga y descarga de baterías:

Hay dos modos básicos de aprovechamiento las baterías:

1. Modo continuo de aprovechamiento

2. Modo de aprovechamiento Stand By o Flotante

En el primer modo la batería es conectada al dispositivo de carga solo después

de que ya no es capaz de suministrar la energía requerida a la carga como

resultado de un gran periodo de consumo. La batería se desconecta de la

carga durante el proceso de carga y consume energía del dispositivo cargador.

En el segundo modo de operación la batería se conecta al dispositivo cargador

y a la carga simultáneamente.

El dispositivo de carga tiene dos tipos diferentes de funciones durante este

modo de operación. Primero, el dispositivo de carga funciona como una fuente

de corriente, inmediatamente después de la descarga de la batería. La

corriente inicial alta caracteriza a este modo y asegura una carga rápida de la

batería al comienzo del ciclo, donde se carga 80 al 90% de la capacidad total.

El dispositivo de carga entra a la segunda fase cuando el voltaje llega al valor

requerido. El dispositivo cargador funciona como fuente de voltaje en esta fase,

regulando el voltaje en el valor en que el dispositivo cambio de fase. La bateria

consume entonces solo una cantidad de corriente que es necesaria para

culminar el proceso de carga. Por consiguiente la corriente decrece

gradualmente y se estabiliza en un valor que se denomina “Current of the

Under Charge” o corriente de sostenimiento de carga. Esta pequeña corriente

compensa la corriente de autocarga de la bateria.

Hay varios metodos para cargar baterias (Teoharov),

1. Carga con corriente constante

2. Carga con corriente semiconstante

3. Carga con voltaje constante

4. Carga multietapa de acuerdo a la regla del Amperio-Hora y ciclo de

carga de dos etapas el cual simplifica el método multietapa, donde el

ciclo de carga es primero con corriente constante y luego con voltaje

constante.

El primer método es raramente usado en aplicaciones en general, pero es

muy poco efectivo cuando se carga un gran número de baterías conectadas

serialmente, este método tiene un pequeño coeficiente de eficiencia y un

efecto adverso sobre las características y la durabilidad de la batería,

mientras que el segundo método tiene una arquitectura muy simple, la cual

consiste en un transformador, un puente rectificador y un resistor limitador

de corriente como se muestra en la figura.

Con este método las baterías son normalmente sobrecargadas debido a la

gran corriente y por consiguiente se ve reducida su vida útil. Este método

también se caracteriza por un bajo coeficiente de eficiencia debido al

resistor y además se requiere limitación de la corriente inicial. En el tercer

método (Figura 2) la corriente de carga inicial es muy alta, pero se mantiene

por debajo de cierto nivel (10% - 25% de la capacidad de la batería) a fin de

proteger la batería. La corriente gradualmente decrece hacia el final del

ciclo de carga. El voltaje de carga se debe ajustar dependiendo de la

capacidad de la batería y de sus características de temperatura.

El cuarto método es ampliamente aceptado como el mejor y es discutido

más adelante en detalle. Este método es recomendado para cargar la

batería de Plomo-Acido en corto tiempo y manteniendo a la batería en

Stand By.