Introdución a las fuentes de alimentación

[pic 1]

[pic 2]

Como bien sabemos existen dos tipos de redes, las redes tree & branch (árbol coaxil) y las redes nodales. En este último caso, un nodo alimenta tan solo 2000 hogares pasados (con una penetración media, pueden llegar a ser 1000 clientes activos o, dicho en manzanas, según la densidad 20 manzanas para un nodo grande).

Ahora bien, si una fuente de alimentación suministra energía para dicho nodo, llegado el caso que ésta falle, deja sin servicio sólo a esta área. En el caso de las redes T&B donde tenemos cascadas de 20 o 30 equipos y áreas de servicio de cientos o miles de manzanas (pensado en clientes pueden ser varios miles de ellos) el tema de las fuentes de alimentación se vuelve sumamente crítico. La falla de una de ellas en el principio de la cascada puede dejar sin servicio a toda esa gran área de cobertura.

. [pic 3]

En primer lugar tenemos las fuentes lineales (o “senoidales” como se las conocían también) las cuales se componen simplemente de un transformador reductor, las cuales ajustan la tensión de línea a los 60 Vac de alimentación de nuestras redes. El principal problema que tiene este tipo de fuentes es que cualquier variación de tensión a la entrada, en más o en menos, se traduce directamente a la salida. Por lo tanto son muy poco confiables.

En segundo lugar tenemos a las fuentes estabilizadas las cuales se componen de un transformador reductor con una llave electrónica a la entrada capaz de cambiar la relación de transformación conforme varía la tensión de entrada. De esta manera la fuente es capaz de mantener una salida “estabilizada” ante variaciones en la entrada. El problema que presentaban este tipo de fuentes era que esta llave era muy poco confiable y se quemaba con los picos de tensión, y para salir del paso se le hacía un puente para continuar teniendo energía a la salida, con lo cual esta fuente se convertía ni más ni menos en una fuente lineal con la poca confiabilidad que ella tenía.

Por último tenemos la fuente ferrorresonante. Este tipo de fuente mantiene su salida estable ante cambios en la entrada, y tiene la particularidad de que no se quema ante un cortocircuito, por su concepción de diseño, y son las que utilizamos ampliamente en nuestras redes.

Fuentes con respaldo: tenemos dos clases. Las Stand-by y las UPS. Ambas cuentan con un banco de baterías que junto con un inversor son capaces de darle respaldo a la red durante un par de horas en caso de que falte la energía primaria de 220V. La diferencia fundamental que existe entre ellas es el tiempo de transferencia en caso de corte. En el primer caso, las fuentes stand-by, este tiempo es del orden de los 20 a 25 milisegundos, mientras que en el segundo caso, las fuentes UPS, este tiempo es próximo a cero. Fundamentalmente este tema es importante a la hora de implementar servicios de datos sobre las redes de CATV donde el tiempo de corte puede ser un elemento importante.

[pic 4]             

                     [pic 5]

Los mas importantes a detallar son

1. Tensión de salida 60/72/90 Vac: los viejos modelos trabajaban únicamente en 60 volts, mientras que los nuevos diseños pueden trabajar según la necesidad en cualquiera de los tres valores. La ventaja de esto es que conforme aumenta la tensión, disminuye la corriente de consumo, por lo tanto se puede alimentar mayor cantidad de amplificadores en la red.
2. Forma de onda cuasicuadrada: éste es el tipo de onda que entregan las fuentes y es un intermedio entre una onda senoidal y una cuadrada
3. Frecuencia 50 Hz.: es el valor nominal de la frecuencia de red para la cual están diseñadas nuestras fuentes. Este parámetro se vuelve crítico cuando alimentamos una fuente con un Grupo Electrógeno, para el cual muchas veces este valor no es tan preciso y puede ocasionar que la fuente no trabaje correctamente.
4. Protecciones eléctricas contra sobretensiones, sobrecargas y cortocircuitos

Las sobretensiones son elevaciones de la tensión de entrada (de corta duración) producto de caída de rayos, vuelta de la energía después de un corte o conmutación de cargas muy pesadas (motores, hornos, etc.) en alguna fábrica muy cercana.

Las sobrecargas son consumos excesivos de corriente (por encima de la nominal) a la salida, sobre los 60 o 90 V, por pinchaduras en los cables .500 con tensión, ingreso de agua en los equipos (pasivos y activos), conectores rotos, etc.

Los cortocircuitos son evidentemente problemas directos sobre una línea energizada que provocan un consumo excesivo de corriente instantáneo sobre una fuente.

1. Regulación de línea +30 Volts a - 50 Volts: es la variación de tensión que es capaz de soportar una fuente en su entrada manteniendo constante su salida.  O sea una fuente puede funcionar entre 220 – 50 = 170 Vac y 220 + 30 =250 Vac entregando 60 o 90 Vac constantes en su salida.
2. Regulación de carga +/- 2 Volts: es la variación de tensión que puede sufrir la salida entre vacío y plena carga. O sea la fuente en vacío (0 amp.) puede entregar a su salida 60 + 2 = 62 Vac y a plena carga (15 amps.) 60 – 2 = 58 Vac.

[pic 6]

Circuito eléctrico: está compuesto por un bobinado primario y dos bobinados secundarios, donde uno de los secundarios es el que alimenta la red de cable y el otro tiene conectado un capacitor con el que forma el llamado circuito tanque. Este último es el encargado de regular la salida de nuestra fuente puesto que tiene la característica de almacenar energía para luego entregarla cuando haga falta. Supongamos que la tensión de entrada baja del valor nominal, lo cual haría bajar la tensión de salida, entonces el tanque actúa entregando parte de su energía almacenada para mantener constante la salida. Si por el contrario la tensión del primario supera el valor nominal, entonces el tanque absorberá el excedente para continuar manteniendo constante la salida (como vimos anteriormente, esto se conoce como regulación de línea).

Por otro lado cuando la corriente de salida varía desde muy pocos amperes a plena carga, haría variar la tensión de salida si no tuviéramos el circuito tanque que pueda compensar el excedente o sobrante de tensión (como vimos esto se conoce como regulación de carga).

En cuanto a su composición física (dibujo siguiente) podemos observar el bobinado primario separado de los dos bobinados secundarios por un elemento llamado Shunt o camino magnético alternativo. El núcleo de hierro es el encargado de conducir las líneas de inducción magnéticas generadas en el primario hacia los bobinados secundarios. Este tipo de transformadores trabajan con el núcleo casi saturado, o al límite de su capacidad de máxima de conducción de líneas de inducción magnéticas. Esta es una de las razones que hacen que este tipo de fuentes trabajen a altas temperaturas, y por otro lado el motivo de que la onda de salida sea cuasicuadrada, y no sigua la forma senoidal de la onda de entrada. También esta característica, junto con el shunt, es la que protege a la fuente de cortocircuitos. Cuando producto de un corto a la salida se le pide a la entrada que entregue una corriente excesiva (lo cual en un trafo normal haría que se queme) el ferroresonante limita la corriente máxima con la saturación del núcleo, derivando líneas de inducción magnética por el shunt. De esta forma una fuente de 15 amps puede llegar a entregar 18 a 20 amps si quemarse y recuperar su condición normal de trabajo cuando dicho corto desaparece. Puede darse el caso que se pinche el capacitor del circuito tanque, en cuyo caso la fuente perderá la característica de regulación pero continuará protegiendo contra cortocircuitos.

...