Parte primera. Diseño y construcción del convertidor electrónico.
Se pretende motorizar una vieja variant utilizando materiales baratos y reciclados. La mejor opción es la utilización de un motor brushless de 48 V y tensión continua de trabajo sin embargo el precio de estos motores dista de ser fácilmente accesible. Este motor es de tipo universal, disponiendo de dos bobinas en el estator y un inducido en el eje. Funciona tanto con tensión alterna como en continua, pues este tipo de motores no son más que un motor eléctrico de corriente continua sin imanes conectado en los que se donomina conexión independiente ( idéntica que una dinamo).
Fig. 1.Motor de una sierra circular.
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Fig. 2. Placa de características.
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Disponemos de una potencia de 1200 W que son algo menos de caballo y medio. Esto puede parecer poco, sin embargo hay comercializadas en el mercado escuters con la misma potencia. Su ventaja a parte del costo, es su pequeño peso, de apenas dos kilos y medio. Una vez quitado el motor de combustión de dos tiempos del motor, el chasis de la moto consite básicamente en chapa formando tubos, lo cual hace que el conjunto sea bastante ligero.
He optado en mi diseño por la sencillez y sobre todo por la economía. Se ha construido el conversor en torno a un convertidor tipo push-pull que trabaja directamente en la frecuencia de 50 Hz y que es capaz de generar hasta un máximo de 1800 W. Está dividido en dos módulos de transistores ( 2 parejas de ocho ) y utiliza dos viejos transformadores de microondas cuyo bobinado secundario de 2200 V ha sido sustituido por dos bobinados simétricos de 18+18 espiras. Simplemente cambiando el número de espiras podremos hacer trabajar el conversor a la tensión que deseemos ( 12,24,36,48 ) sin modificar la electrónica.
Fig.3.Estos trafos sirven para multitud de cosas
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Fig. 4. Detalle del bobinado.
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Otra opción consiste en utilizar el transformador de una vieja máquina de soldar. El tamaño puede ser de dos a tres veces al de la fotografía, sin embargo la potencia que puede suministrar es mayor de 2 kW. El convertidor es escalable y se puede aumentar la potencia tanto cuanto se desee. Utilizando 8 transistores se han alcanzado potencias de 900 W sobre una carga a base de bombillas incandescentes. La potencia del convertidor deberá ser mayor que la nominal del motor, puesto que éste consumirá picos mayores en situaciones de sobrecarga ( subiendo una cuesta empinada ).
Se han instalado protecciones térmicas en los radiadores de transistores y en el bobinado del transformador, siendo éstas ampliables fácilmente montando un sencillo módulo con operacionales. Cuando se sobrepasan los 60 ºC el convertidor se para hasta que se enfría. Los sensores de temperatura son simples transistores que utilizan el diodo base emisor como sensor. La tensión de una unión tipo PN es proporcional a la temperatura.
Otra protección de sobrecarga se ha utilizado en la entrada de corriente y se dispara cuando el consumo sube por encima del nominal. La medida de corriente se realiza de manera sencilla mediante un shunt de 0.01 ohmios formado por el paralelo de diez resistencias de 5W de 0.1 ohmios.
Fig. 5. Pareja de transistores MJ10005H
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Fig 6. Shunt de 1 centésima de óhmio.
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Las conexiónes se deberán realizar con láminas de cobre de 1 mm de espesor lo más cortas posible para minimizar la inductancia parásita de la etapa de potencia. Si no se encuentra este tipo de láminas, pueden ser construidas abriendo tubos de fontanería de cobre longitudinalmente, aplastándolas y soldándoles una capa de estaño para evitar la corrosión. A la frecuencia de 50 Hz el efecto pelicular es despreciable y podemos disponer de una densidad de corriente de 4,2 A/mm2 de sección sin necesidad de refrigeración en el cobre y a una temperatura ambiente.
Fig. 7. Etapa de control y potencia.
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Fig. 8. Carga resistiva de 900 W.
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La velocidad del motor se controla regulando el ciclo de trabajo de los transistores. Es conveniente utilizar una tensión de trabajo lo más alta posible para mejorar el rendimiento del conversor y así poder utilizar secciones de cobre menores.
Los fusibles de más corriente que he encontrado son de 30 A. Si se quieren de mayor corriente tendremos que comprarlos por catálogo en internet, y los precios suben rápidamente. He optado por reciclar estos fusibles sustituyendo el hilo que se funde por uno de mayor sección. No es fácil calcular la sección que debemos emplear, se tiene que obtener experimentalmente.
Fig. 9. Fusibles reciclados.
Es conveniente el uso de transistores mosfet ya que con los transistores de potencia bipolares tenemos más pérdidas de potencia y pérdidas en la etapa de disparo. Sin embargo, la disponibilidad de estos transistores MJ10005H de reciclar aparatos unido a su robustez ( Vcemáx = 400 V, Ic = 20 A, darlinton con diodo integrado para cargas inductivas ) los hacen muy atractivos para pruebas del prototipo ya que los MosFet de potencia suelen explotar normalmente en las primeras pruebas. Dejamos esto para una futura mejora. El factor de potencia se mejora de forma sencilla con dos condensadores de 1uF conectados en la salida de 220 V.
Esquema del convertidor
Parte segunda. Mecánica. Montaje de los elementos en el chasis.
Actualmente en desarrollo.
