Modulo de alimentacion

Módulo de alimentación

Este módulo consiste específicamente en proporcionarla energía eléctrica necesaria para el completo funcionamiento de la máquina, que estará conectada directamente a la red. Pero los componentes presentes en el diseño trabajan con corriente continua y a tensiones más bajas, es por ello que se requieren realizar una serie de cálculos para transformar de corriente alterna en corriente continua y regularla a unos valores determinados. Para realizar todo este proceso una fuente de alimentación debe pasar por los siguientes procesos:

• Etapa de transformación: en toda fuente de alimentación lineal se necesita de un dispositivo capaz de transformar una corriente de alta tensión a otra pero más baja, este se conoce como transformador y está constituido por dos ò más bobinas de material conductor (primario y secundario) aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. Como todos los transformadores trabajan con corriente alterna la tensión suministrada debe ser alterna y la que se obtiene a la salida también debe ser alterna.
• Etapa de rectificación: se sabe que la corriente alterna es aquella donde sus polos cambian periódicamente en el tiempo, es por ello que debe ser rectificada para que sea siempre positiva, esto se hace mediante diodos rectificadores y se usará el circuito de onda completa.
• Etapa de filtrado: en la etapa de rectificación se obtuvo una corriente eléctrica pulsante (siempre positiva), por lo que se debe convertir en lo más plana posible para que sea auténticamente constante, esta será la función  de los capacitores.
• Etapa de regulación: esta etapa tiene como finalidad mantener constante la tensión continua sobre la carga, independientemente de las variaciones en el consumo de ésta o de las variaciones de la tensión de entrada alterna a través de circuitos integrados.

En esta fuente de alimentación se seleccionarán dos niveles de tensión los cuales son 5v para el microcontrolador los sensores y el módulo de relé, mientras que para la Válvula Solenoidese seleccionó 12v ya que estos voltajes son los adecuados para su buen funcionamiento.

A continuación, en la siguiente tabla se observaran el consumo de cada componente y la realización de los cálculos para el diseño de la fuente de alimentación:

Consumo de componentes electrónicos para 5V

Fuente: Querales (2020)

Según la sumatoria de corrientes presentes, la corriente total requerida es de 1,70 Amperios DC para 5 V. por lo que se selecciona un transformador de 12V y 3Amperios.

Fuentes de alimentacion 5V/2A :

Esta fuente de alimentación se encargada de generar la tensión necesaria para el funcionamiento del módulo de control y los sensores tales como :el sensor ultrasònicoy los finales de carrera.

A continuacion se muestra una lista de componentes necesarios para el diseño de una fuente de alimentacon de 5V DC con una corriente maxima de 3 Amp.

Componentes :

• Transformador eléctrico (entrada =120 Vrms y salida = 12 Vrms con una potencia de 10 watts /3amperio).
• El puente rectificador a utilizar es el puente rectificador KBL04 de 4 amperios.
• Resistencia de 330 ohm y leds verde los cuales se implementan para determinar la presencia de  voltaje en la salida .
• Regulador de voltaje LM7805.
• Transistor BD244C de 6A.
• Condensador electrolitico de [pic 1]

Características del transformador :

Voltaje de entrada (primario)=120 Vrms.

Voltaje de salida(secundario)=12 Vrms.

Para obtener el voltaje pico entrada, se utiliza lasiguiente ecuación:

[pic 2]

Este es el voltaje pico de entrada, ahora para obtener el voltaje pico de  salida  al transformador se utiliza la siguiente ecuacion:

[pic 3]

Pero en la salida del puente rectificador por cada semi-ciclo de onda , solo estan activos dos diodos a la vez , lo cual generan una caida de voltaje de 0.7v por cada diodo, asi que se utiliza la siguiente ecuación para obtener el valor pico de salida, se tiene que:

[pic 4]

[pic 5]

Luego el voltaje de corriente directa(VDC) = 15,27 voltios de corriente contínua pulsante.

Una vez que alla sido rectificada se procede a seleccionar el valor adecuado del capacitor para eliminar el rizado, para obtener un nivel de voltaje contínuo lo más estable posible ypoder controlar de esta forma, posibles fallos en el funionamiento del sistema electrónico.

Grafico de factor de rizo.

[pic 6]

Fuente: www.slideshare.net

Cálculos de diseño:

Una vez que se allá colocado el capacitor para eliminar el rizado,la tensión de salida se puede determinar a partir del valor del voltaje pico promedio Vp-prom el cual será igual al 10% del voltaje máximo después de ser rectificada la señal, aplicando las ecuaciones presentes, se tiene que:

[pic 7]

El valor para el:[pic 8]

[pic 9]

Ahora se calcula el voltaje mínimo que existe luego de la rectificación, para ello se utiliza la siguiente ecuación:

[pic 10][pic 11]

Este valor . Representa la salida de voltaje que se introducirá en el regulador de la fuente.[pic 12]

Factor de rizado

[pic 13]

Fuente: Daniel Hart

La eficacia del filtro se determina mediante la variación de la tensión de salida, que puede expresarse como la diferencia entre la tensión máxima y salida mínima, que no es más que la tensión de rizado de pico a pico. Ésta esta expresada de la siguiente forma:

[pic 14]

[pic 15]

La tensión mínima de salida se calcula de manera aproximada por medio de la siguiente ecuación:

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

Se despeja el capacitor

[pic 20]

Se realizan los cálculos del capacitador  para que el diferencial de voltaje sea de 1%, la resistencia se calcula con la siguiente ecuación:[pic 21]

[pic 22]

Con esta resistencia se calcula el capacitor:

[pic 23]

[pic 24]

Ya que este valor no es comercial se selecciona un valor para el capacitor   recalculando el factor de rizado se obtiene que:[pic 25]

[pic 26]

[pic 27]

[pic 28]

[pic 29]

La máxima tensión a la que puede trabajar el condensador se recomienda que sea al menos el 25% de la tensión máxima rectificada, esto es para prevenir fallas por efecto  de los picos o sobretensiones que pueden aparecer, en este caso será:

16,97V + (25% x 16,97V)= 21,21V

Por lo tanto la selección de este filtro a una tensión de 25V sería el adecuado para este diseño.

El regulador LM7805  tiene una salida de voltaje de 5 V con una demanda de corriente de  1 Amp, pero para este diseño de la fuente se necesitan aproximadamente 3 Amp a 5V, por lo que se hará un arreglo con él transistor BD244C para aumentar la potencia del 7805 y así garantizar los amperajes necesarios a la salida del regulador 7805. Este voltaje de salida es independiente de la entrada de voltaje del regulador y hacer posible un valor de voltaje constante, de esta forma no habrá ninguna influencia cuando exista una variación de voltaje en las entradas del circuito.

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