Estabilizadores de tensión

ESTABILIZADORES DE TENSIÓN

Las bajas de tensión es el problema de suministro eléctrico más común, representa un 87% de todas las perturbaciones en el suministro eléctrico, de acuerdo con un estudio realizado por los Laboratorios Bell. Una baja puede impedir que un equipo no reciba la energía necesaria para funcionar correctamente, causar el bloqueo de teclados e inesperadas caídas de sistemas y provocar la pérdida o daño de datos. También reducen la eficiencia y vida útil de los equipos eléctricos, en particular de los motores eléctricos.

La primera consideración sería mantener a salvo el hardware y todos los equipos sensibles a alteraciones con el suministro eléctrico (incluidos electrodomésticos).

Los estabilizadores de tensión han sido diseñados para entregar tensión estable a su salida, a partir de una tensión de entrada con perturbaciones. Corrige subas y bajas de tensión temporales y permanentes, y eliminan picos de tensión transitorios.

Se utiliza para proteger cargas del tipo informáticas, televisores TRC, LCD, LED, decodificadores de TV, reproductores de video, equipos de audio,  electrodomésticos como heladera y aire-acondicionados.  

Clasificación de los estabilizadores.

·        Estabilizadores por pasos

·        Estabilizadores continuos.

·        Estabilizadores ferroresonantes.

Estabilizador por pasos

El principio de funcionamiento de éstos estabilizadores se basa en la elección de una u otra derivación de un autotransformador, según el valor de la tensión de entrada. El modo de operación básico de un estabilizador se muestra en la Figura más abajo.

Si la tensión de entrada es correcta, el selector de paso se ubicará en la posición "B". Si la tensión de entrada es baja lleva el selector a la posición "A", aumentando la tensión de salida, y si es alta se ubica en la posición "C" disminuyendo la tensión de salida.

La elección de la derivación es realizada automáticamente, mediante conmutadores que operan comandados por un circuito electrónico de control. Este circuito de control compara un valor interno de referencia, con una muestra de la tensión de entrada y realiza la selección del paso. La conexión de los pasos se realiza mediante una combinación de dispositivo electromecánico conocido como “RELE”.

Especificaciones

Rango  y Precisión

La precisión es una característica relacionada con la tensión de salida de un estabilizador, indica cuantos voltios puede estar corrido de la tensión nominal (220 Vac) por encima o por debajo. Se expresa en +/- % de la tensión nominal. Está relacionada con la cantidad de pasos que posea y con el rango de la tensión de entrada dentro del cual se considera correcto su funcionamiento.

El rango de tensión entrada es otra característica expresa donde el estabilizador puede realizar correcciones y mantener la precisión de la tensión de salida.

Potencia y Factor de potencia.

El valor de potencia determina la capacidad máxima que tiene el estabilizador para proteger, indica que equipo o cuantos   puedo conectar en su salida. La potencia del equipo a proteger o la suma de las potencias de múltiples equipos nunca debe superar esta especificación.  

El factor de potencia es un número entre 0 y 1 que representa la fracción de la corriente de salida que entrega energía útil (vatios) a la carga. Esta corriente, compuesta por corrientes reactivas o de distorsión, se debe a la naturaleza misma de las cargas electrónicas.  El punto importante a entender es que esta corriente reactiva o de distorsión, que existe debido a la carga, hace que la medida en VA sea mayor que aquella en Vatios.

Las medidas de potencia de CA se relacionan así:

Vatios = VA x F.P. = Voltios x Amperios x Factor de Potencia

Todos las PC  usan fuentes de potencia del tipo switching con condensador a la entrada, las cuales debido a la característica de entrada del conversor tipo switching, presentan un factor de potencia de 0.6 a 0.7 

Los servidores de marcas reconocidas (no clones) cuentan con un tipo de fuente de potencia, conocida como fuente de alimentación tipo switching con factor de potencia corregido.  Para este tipo de fuente, el factor de potencia a la entrada es igual a 1.

Rendimiento.

Al rendimiento se lo define como la relación entre la potencia que es capaz de entregar a la carga y la potencia que toma de la red eléctrica, en una determinada situación.

Por ejemplo un Estabilizador  alimentando una lamparita de 100W (Watts), la potencia que entrega serán esos 100W, pero la que toma de la red será superior, digamos 110W, entonces el rendimiento es 100/110, los 10W de diferencia son los que usa la UPS para su propio uso.

El rendimiento es indicativo del consumo propio de estos equipos. Cuanto más grande sea el rendimiento indica un menor consumo propio que tiene el Estabilizador.

Distorsión de salida.

La distorsión indica si las partes constitutivas del estabilizador origina deformación de la onda de tensión de salida respecto de la de entrada. En los estabilizadores por paso este valor es NULO en cambio en los estabilizadores ferroresonantes en ciertas condiciones suelen distorsionar.

Protección contra picos de tensión transitorios.

Un Estabilizador Electrónico de Tensión no conforma, por si solo, una total y adecuada protección para los equipos electrónicos. Ciertas funciones de protección deberán ser agregadas al diseño básico para lograr un mayor grado de confiabilidad en la energía que estamos suministrando a nuestro sistema. Los inconvenientes o daños provocados por picos transitorios de alta energía, interferencias de media y alta frecuencia, ruidos eléctricos, etc., pueden provocar daños mayores que una tensión de alimentación de bajo valor

Existen protectores y supresores de picos de tensión para atenuar los problemas causados por el ruido común y diferencial. Estos componentes son conectados entre los conductores de vivo y neutro de la tensión de entrada del estabilizador. La mayoría de los supresores de picos contienen un elemento llamado varistor (MOV, por su denominación en inglés, metal oxide varistor). Una alta tensión que aparezca a través de un varistor será limitada a un valor específico, y la corriente resultante será derivada por el varistor impidiendo que circule por los sensibles circuitos electrónicos del equipo de computación. Cuando la corriente que circula por el varistor es excesiva provoca la apertura de fusibles rápidos en el circuito de entrada.

Una protección más completa que se ofrece en algunos casos es la siguiente.

Estos dispositivos de protección son utilizados también en las protecciones FAX-MODEM.

El nivel de protección se indica expresando la cantidad de energía que puede absorber, valores típico de protección pueden variar entre 90 y 200 J (Joules).

Conectividad eléctrica.

La etapa de salida es donde se conectan las cargas a proteger por el estabilizador. La cantidad de los tomas de salida pueden variar. En estabilizadores de gran tamaño es común que la conexión de la entrada y salida se realice a través de  borneras.

Estabilizador por pasos doble via.

Por lo general utilizan tecnología microprocesada y un principio de conmutación de doble vía, éste tipo de estabilizadores cumple con el requisito de tener un tiempo de conmutación nulo, es decir no existen discontinuidades ni perturbaciones en la tensión de salida cuando se realizan las correcciones de voltaje, aun siendo los conmutadores de tipo electromecánico. Esto lo hace apto para instalaciones donde la sensibilidad de los equipos a proteger no admiten los microcortes que se generan durante los ajustes de la tensión de salida.

Estabilizador Booster.

Es una variante dentro de los estabilizadores por pasos

En este tipo de estabilizador, la corriente de la carga no circula por los elementos de conmutación (Triacs o Rele).
La elevación ó reducción de la tensión de entrada tienen lugar en un transformador cuyo secundario está en serie con la línea y la carga. Variando la tensión del primario de dicho transformador se consigue la regulación de la salida.
La inductancia propia del transformador serie, representa un factor de atenuación muy importante en la reducción de los ruidos de línea y picos transitorios.

Estabilizador a servomotor (continuo)

El estabilizador Electromecánico Continuo utiliza, al igual que el estabilizador por pasos un autotransformador. La diferencia fundamental es que éste autotransformador se construye sobre un núcleo de hierro de forma toroidal, y parte de su bobinado se encuentra accesible, mecánica y eléctricamente. Sobre esa sección del bobinado se desliza una escobilla de carbón, que se sitúa en la posición correcta para obtener la tensión de salida deseada.
El movimiento de la escobilla se lleva a cabo mediante un servomotor comandado por un circuito electrónico de control

           Toroide                                                    Estabilizador fuera del gabinete

Éste estabilizador no presenta saltos en tensión de salida, al efectuar correcciones por variación de la entrada. Su desventaja esta en la velocidad de respuesta es mucho más lenta, que la de un estabilizador electrónico por pasos. Debido a ello, no es utilizado es sistemas de computación ó similares. Su uso fundamental se centra en la estabilización de la tensión en casas particulares, oficinas e industrias, donde la característica de las cargas principales suele ser altas corrientes de arranque (equipos de aire acondicionado, heladeras, bombas de agua, etc.).

Sus potencias van de 3 a 50 kVA, y pueden ser conectados en configuración monofásica ó trifásica.

Estos estabilizadores no suelen incorporar sistemas de protección como filtros ó apagado por sobretensión.

Estabilizador Ferroresonante.

El estabilizador Ferroresonante está constituido por un transformador especial de tres bobinados, en el cual uno de ellos se encuentra "sintonizado" con la frecuencia de la red, formando un denominado circuito tanque, que le permite absorber pequeñas y bruscas variaciones en la tensión de línea, (como microcortes ó transitorios). Poseen una elevada velocidad de respuesta y la tensión de salida no presenta saltos. 

Estos estabilizadores suelen entregar una tensión de salida muy estable, dentro de un amplio rango de entrada. Tienen un factor de atenuación de ruidos eléctricos muy alto (comparable con los mejores filtros de otros sistemas), debido al transformador separador.

La desventaja que presentan, estos equipos son ruidosos, tienen un muy bajo rendimiento (debido a la forma de operar del transformador) emiten mucho calor, son voluminosos y pesados, y pueden distorsionar fuertemente la forma de onda de la tensión de salida cuando son utilizados con cargas no lineales (computación, cargadores de baterías, etc.). En general no incorporan sistemas de corte por alta o baja tensión.
Su utilización más importante se da en la protección de aquellos equipos que necesitan una tensión muy estable y sin saltos, y una rápida corrección de las variaciones de entrada. Por ejemplo: equipos de revelado, instrumental de medición y control de laboratorio, sistemas de grabación de audio y video, etc...

En la figura siguiente se muestra la tensión de entrada (trazo rojo) y la tensión de salida estabilizada (trazo negro) en la misma se observa la distorsión que aparece cuando se hace la corrección de la sobretensión.

Tabla comparativa entre tipos de estabilizadores