LW1DSE > POWER    03.03.21 19:00z 159 Lines 8348 Bytes #156 (0) @ WW
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Subj: Fuentes de alimentación conmutadas 02
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╔═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
║                     FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS                    ║
║                           Por Osvaldo LW1DSE                              ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝

        En esta segunda entrega, vamos a ver como opera una fuente conmutada,
pero sin meternos aún de lleno en el tema. Es decir, haremos una analogía.

        Supóngase que se dispone de una fuente de corriente contínua de valor
fijo alimentando una carga resistiva, por ejemplo una lámpara incandescente o
una estufa (Rc), ver figura 1.

        Pero por alguna razón que no viene al caso, deseamos reducir la poten-
cia entregada a esa carga, sin poder alterar el valor de la tensión porque
como ya dijimos es fija (Por ejemplo, una batería de 12 o 24V), ni tampoco la
carga misma.

                           ┌──────────────────────────┐
                           │+         I --->          │
                         ──┴──                        ▒ Rc     Fig. 1
                          ▄▄▄  E                      ▒
                           │-                         ▒
                           │                          │
                           └──────────────────────────┘

        Queda solamente como variable la corriente. Entonces, para variar la
corriente, el único medio al que podemos apelar es a aumentar la resistencia
en el circuito para reducir la corriente sin alterar ni la tensión de fuente
ni las características de la carga. Como ya se habrá dado cuenta el lector, lo
obvio es conectar un reóstato en serie (RR) con la carga, y de esta manera
variar la resistencia, y por ende la corriente que circula por la carga.

                           ┌──────────────────────────┐ /
                           │+                     Rc  ▒ /
                         ──┴──                        ▒ /
                          ▄▄▄  E                      ▒         Fig. 2
                           │-            <-- I'       │
                           │                          ▒ \
                           └─────────────────────┬───>▒ \ RR
                                                 │    ▒ \
                                                 └────┘

        La idea, por el simple hecho de lograr el resultado deseado, adolece
de un grave inconveniente. La energía que no se utiliza en la carga, se disipa
en forma de calor en el reóstato. Veamos un poco en detalle este punto.

        La potencia original en el circuito (sin el reóstato) era:

                Pc = Pc[W] = E[V] * I[A] = Eř/ Rc[ŕ]                 (1)

y la corriente valía:

                I[A] = E[V] / Rc[ŕ]                                  (2)

        Al introducir el reóstato, efectivamente la corriente en el circuito
entregada por el generador cae:

                I' = E / (Rc + RR)                                   (3)

        Y ahora la potencia total entregada por el generador vale:

                Pg = P(Rc) + P(RR)                                   (4)

donde Pg es la potencia entregada por el generador, P(Rc) es la potencia en
la carga, y P(RR) es la pérdida en el reóstato. También podemos decir que:

                Pg = Eř * (Rc + RR)                                  (5)

        Dado que la tensión de fuente es la misma en los dos casos, podemos
establecer el rendimiento como la potencia entregada a la carga tomando como
base la entregada por el generador:

                     Pc        Eř * Rc           Rc
                n = ──── = ──────────────── = ─────── ˇ 1
                     Pg     Eř * (Rc + RR)    Rc + RR

                          Rc
                n[%] = ──────── * 100 %                              (6)
                       Rc + RR

donde podemos observar que para un valor de reóstato nulo, el rendimiento es
del 100%. Pero a medida que es incorporado al circuito, la eficiencia se cae
cada vez más cuanto más alto es el valor de éste comparado con la carga. Por
ejemplo, si carga y regulador tienen el mismo valor óhmico, es de 50%, y así.

        Analicemos ahora, otra solución. No es tan obvia como la anterior,
pero muy utilizada en dispositivos comunes en el hogar. Conectemos en serie
entre la carga y el generador un simple interruptor. Así, la carga va a poder
ser conectada o desconectada del generador a voluntad.

                           ┌──────────────────────────┐
                           │+         I --->          │
                         ──┴──                        ▒ Rc
                          ▄▄▄  E                      ▒
                           │                          ▒
                           │     interruptor          │
                           └─────────o\o──────────────┘

        Si cerramos el interruptor, se establece el flujo de corriente hacia
la carga. Si lo abrimos, la corriente cesa. Si ahora se acciona el interruptor
abriendo y cerrando el circuito con una frecuencia lo suficientemente grande
como para que en los períodos de tiempo en que no hay flujo de corriente la
lámpara no se alcance a apagar del todo, y en los de circulación de corriente
no alcance a encender del todo (en otras palabras, la conmutación se hace con
una velocidad mucho mas grande que la inercia térmica del filamento), podremos
observar que la lámpara queda a medio encender. La ventaja de este accionar,
es que el interruptor cerrado equivale a una resistencia muy baja, por lo
tanto es muy baja la pérdida de potencia en él, y con el interruptor abierto,
no hay circulación de corriente, ergo la potencia en todo el circuito es nula.
De este modo, el rendimiento se mantiene siempre alto.

        En caso de necesitar reducir la temperatura de la carga, dejamos más
tiempo el interruptor abierto, y/o menos tiempo cerrado, con lo cual la
temperatura promedio del filamento baja, y en caso contrario, si dejamos más
tiempo el conmutador cerrado, la temperatura media se eleva.

        Si pensamos un poco, la heladera, la plancha, la cafetera eléctrica,
etc., todos estos dispositivos operan de esa manera. Por ejemplo, la heladera,
enciende el compresor cuando la temperatura sube de cierto nivel prefijado, y
se apaga al acanzar una temperaura menor determinada. Si se necesita generar
más frío, el compresor trabaja más tiempo, y a la inversa. Para que este
sistema funcione correctamente, necesitamos de una inercia térmica, que es el
volumen de aire y alimentos contenidos dentro del recinto de la heladera.
Si por ejemplo, fijamos el valor de encendido del compresor a, digamos -2 °C,
y el corte a -12 °C, la temperatura media dentro del congelador se va a
mantener en alrededor de -6 °C. En la realidad, la temperatura a lo largo del
tiempo va hacer una serie de "dientes de sierra" con trozos de exponenciales
similares a la carga y descarga de un capacitor sobre una resistencia; con
extremos en -2 y -12 °C. Pero el valor medio de esa temperatura va a ser de
-6 °C. Algo similar sucede con las planchas.

        Dado el efecto de encender y apagar el interruptor, de ahí se derivó
el nombre: conmutadas.

╔════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
║       Redacción y dibujos en ASCII por LW1DSE Osvaldo F. Zappacosta.       ║
║       Barrio Garay, Almirante Brown (1846), Buenos Aires, Argentina.       ║
║ Realizado con Editor de Texto de MSDOS 7.10's (edit.com) en mi AMD's 80486.║
║                            26 de mayo de 2012.                             ║
║                Revisado y actualizado 27 de agosto de 2017.                ║
╚════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝

                            Fin del capítulo #3.
╔════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
║ Osvaldo F. Zappacosta. Barrio Garay (GF05tg) Alte. Brown, Bs As, Argentina.║
║ Mother UMC ŠPC:AMD486@120MHz 32MbRAM HD SCSI 8.4Gb MSDOS 7.10 TSTHOST1.43C ║
║               6 celdas 2V 150AH. 24 paneles solares 10W.                   ║
║                  lw1dse@yahoo.com ; lw1dse@gmail.com                       ║
╚════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝





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