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Cabezal
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Un regulador de tensión es básicamente un autotransformador con taps en uno de sus devanados, que permite variar el voltaje entregado, y que puede ser operado bajo carga.

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Actualmente los reguladores de tensión son automáticos, es decir, tienen un módulo de control con una lógica pre-programada que bajo ciertos parámetros cargados por el operario hacen que el controlador automático evalúe por sí mismo las señales de entrada que mide el equipo, como ser tensiones, corrientes y tiempos y en base a ellas “decida” si elevar o bajar la posición del tap.

Grafico01Esquema de bloques funcionales de un regulador de tensión.

Los reguladores monofásicos se pueden aplicar a sistemas monofásicos o pueden ser conectados junto con otras unidades para formar un banco trifásico. La ingeniería de la solución de los reguladores de tensión implica principalmente la determinación de la capacidad de la unidad, la localización estratégica de los mismos y la posición óptima del tap para cada una de las fases sobre las que esté operando el equipo, de forma tal que el perfil de tensión esté dentro de unos límites preestablecidos y que se reduzcan las pérdidas.

Descripción eléctrica
Para describir eléctricamente el regulador de tensión, partimos del esquema típico de un autotransformador. El autotransformador eleva o baja la tensión según la relación de espiras entre primario y secundario.

Grafico02
Autotransformador

Supongamos luego que la relación de espiras entre primario y secundario hace una reducción en el nivel de la tensión de, por ejemplo, 10 veces.
Si en el arrollamiento primario hay 1000V, en el secundario habrá entonces 100V. Ahora bien, si se mide la tensión entre los extremos no unidos del autotransformador (entiéndase entre el extremo del primario y el extremo del secundario), veremos una tensión que es por 100V mayor o menor que la tensión de entrada al primario, dependiendo el sentido de arrollamiento o desde donde esté tomado el punto de unión del autotransformador.

Grafico03
Autotransformador reductor y autotransformador elevador.

La funcionalidad de elevar o reducir depende solo del punto
de unión entre arrollamientos. La relación de espiras solo determina
en que magnitud se eleva o reduce la tensión

Si se coloca una llave que conmuta entre los extremos de los arrollamientos, podemos invertir el secundario del autotransformador fácilmente y por lo tanto seleccionar si se eleva o si se reduce la tensión en el nivel establecido por la relación de espiras.

Grafico04 Llave de conmutación para elevar o bajar la tensión de salida

Esta llave solo opone o suma la tensión del secundario a la del primario, pero no permite regular cuál es ese nivel de tensión ya que eso solo depende de la relación de espiras.
La relación de espiras y en consecuencia la magnitud de la variación de tensión puede controlarse si se agregan derivaciones en el secundario (taps). Según que tap se tome como salida, la relación será mayor o menor.

Grafico05
Autotransformador con selección de elevación o reducción
de tensión y secundario con taps de salida para regular por pasos en
que magnitud se eleva o baja la tensión.

Como es bien sabido, el salto entre un tap y otro implica la desconexión abrupta de la bobina del secundario, por lo tanto se provocaría la formación de un arco.
Si el equipo es de potencia, ese arco puede estar disipando grandes cantidades de energía, lo que dañaría la llave que conmuta entre taps y los arrollamientos en sí mismos. Para evitar este inconveniente, la conmutación entre taps se efectúa con dos cursores de modo tal que siempre hay un tap conectado al arrollamiento y por lo tanto nunca se da una desconexión ni el subsecuente arco.
Existe otra dificultad a sortear que es la aparición de una corriente que tiende a infinito en el circuito de conmutación cuando se unen ambos taps. Esta dificultad se sortea con el agregado de dos reactancias limitadoras de corriente en el circuito de conmutación, como puede verse en la siguiente imagen.

Grafico06
Conmutador con dos cursores para evitar desconexiones y reactancias
limitadoras de corriente.

Haciendo un detalle, podemos ver que se genera una tensión Vd/2 a favor del flujo de corriente en una de las derivaciones del conmutador y en la otra en contra del flujo de corriente. Por lo tanto, la corriente en el equipo tenderá a circular de forma asimétrica, es decir, más por una bobina que por otra.
Esta situación, si no tiene una solución desde el aspecto técnico, termina por provocar un desgaste por calentamiento de aquella reactancia por la cual circula siempre más corriente.

Grafico07
Asimetría en el flujo de corriente causado por la tensión en oposición
a la corriente en una rama y a favor en la otra.
Esto daña con el tiempo a la bobina que soporta la corriente de forma unilateral.

Así surge una modificación y es el agregado de las bobinas de ecualización, que “igualan” (y de allí ecualizar, de hacer ecuánime, igualar) la corriente en ambas ramas, como puede verte en la siguiente imagen:

Grafico08
Conmutador con bobinas de ecualización de corriente y reactancias
limitadoras. Las tensiones generadas se cancelan entre sí, por lo que la
corriente de línea va simétricamente por ambas ramas.

El esquema final del regulador de tensión con todos los componentes antes mencionados es el que se muestra a continuación:

Grafico09
Regulador de tensión completo, con conmutador ecualizado y
con limitadores de corriente, taps, llave inversora y medición de corriente y tensión
.


Ing. Fabián L. Santillán - Dpto. Soporte Técnico-Comercial - MYEEL

(Fin Parte 2:4)

 
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