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Tema 5: Componentes de un Sistema de Control II
Contenido
1.
Concepto de amplificación de señales en los circuitos de control. ........................... 2
2.
Amplificadores estáticos. .......................................................................................... 2
2.1.
Amplificadores magnéticos ................................................................................... 2
2.2.
Amplificadores electrónicos. ................................................................................. 3
3.
Amplificadores rotativos. .......................................................................................... 5
4.
Amplificadores neumohidráulicos. ........................................................................... 5
5.
Amplificadores mecánicos (engranajes). .................................................................. 6
6.
Elementos actuadores. ............................................................................................... 7
7.
Motor paso a paso. .................................................................................................... 8
8.
Motor de CD controlado en el campo. ...................................................................... 8
9.
Motor de CD controlado en el inducido. ................................................................... 9
10.
Motores de CA. ..................................................................................................... 9
Tema 5: Componentes de un Sistema de Control II
1. Concepto de amplificación de señales en los circuitos de
control.
En ocasiones, la señal que emite el sensor es muy pequeña. Se necesita entonces un
elemento que reproduzca la señal con más frecuencia, este elemento es el amplificador.
Un amplificador, es un dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la
amplitud de un fenómeno. Según su naturaleza o la energía que utiliza, los
amplificadores se clasifican en los siguientes tipos.
2. Amplificadores estáticos.
Son amplificadores que no poseen partes móviles.
2.1.
Amplificadores magnéticos
Es un amplificador cuyo funcionamiento está basado en las propiedades de saturación
de un núcleo magnético. El amplificador magnético puede servir como dispositivo de
control de corriente ya que es un dispositivo electromagnético para amplificar señales
eléctricas que se inventó a principios del s. XX. Actualmente los amplificadores
magnéticos han sido sustituidos por los amplificadores basados en transistores.

Ventajas:
Al ser un dispositivo estático carece de partes móviles, por lo que no tiene
ningún mecanismo de desgaste y tiene buena tolerancia a golpes y vibraciones.
No requiere tiempo de calentamiento. El amplificador magnético también se
utiliza como un transductor en aplicaciones tales como la medición de la
corriente y la brújula de interrupción de flujo.

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Inconvenientes:
La ganancia disponible a partir de una sola etapa es limitada y baja en
comparación con los amplificadores electrónicos.

Principio de funcionamiento:
Se hace uso de la saturación magnética del núcleo. Consta de dos núcleos
magnéticos similares pero separados, cada uno de los cuales tiene un par de
devanados: un devanado de control (CC) y un devanado de corriente alterna
(CA). Una parte relativamente pequeña de corriente en el devanado de control
(CC), es capaz de controlar o conmutar grandes corrientes de corriente alterna en
los devanados de corriente alterna (CA). Esto da como resultado la
amplificación de la corriente.

Aplicaciones:
La capacidad de controlar grandes corrientes con pequeña potencia de control,
hizo amplificadores magnéticos útiles para el control de circuitos de
iluminación, por ejemplo para carteles publicitarios.
2.2.
Amplificadores electrónicos.
El ejemplo más común de este tipo de amplificadores son los transistores. Los
transistores permiten o bloquean el paso de la corriente eléctrica.
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Otro amplificador electrónico típico y el más utilizado es el amplificador operacional,
que puede funcionar como comparador, sumador, restador, derivador, integrador o
inversor. Es el elemento fundamental del sistema de control ya que condiciona la acción
del elemento actuador en función del error definido. Nos permite modificar o ajustar los
parámetros del sistema de control una vez conocidos el proceso y los demás elementos.
A través de él, obtenemos la función de transferencia más adecuada a nuestras
necesidades.
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3. Amplificadores rotativos.
Los amplificadores rotativos son aquellos que la fuente de potencia es suministrada de
forma mecánica a través del eje de un motor, como amplificador rotativo están los
generadores de corriente continua con excitación independiente. Se utiliza en
aplicaciones de mucha potencia. La entrada de señal sería la aplicación al bobinado de
excitación; la señal saldría amplificada por el bobinado inducido. En este caso, la fuente
de potencia constante sería un motor acoplado a su eje (eléctrico o no).
Esta disposición, sin embargo, y debido a su característico modo de funcionamiento, no
podría considerarse como un amplificador. Esto es debido a que, por un lado, en la
salida hay una señal (señal OFFSET), aún en el caso de que no exista señal de entrada
(debido al magnetismo remanente en el bobinado inductor); y, por otro lado, la fuerza
electromotriz en la salida no depende sólo de la señal de entrada Ue o Ie, sino también
de la velocidad a que gire al inducido.
Sólo trabajará como amplificador si funciona dentro de la zona lineal de su curva de
saturación.
Entre los amplificadores rotativos están:
•Ward-Leonard.
•La amplidina.
4. Amplificadores neumohidráulicos.
La neumática y la hidráulica se encargan respectivamente del estudio de las propiedades
y aplicaciones de los gases comprimidos y de los líquidos.
Los amplificadores neumohidráulicos constan de dos cámaras por las que circulan dos
émbolos asociados mecánicamente y con distinta superficie. La de mayor tamaño recibe
fluido neumático, mientras que la de menor tamaño trabaja con fluido hidráulico. De
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este modo, y en función del factor de amplitud de presión (relación entre ambas
superficies), se transforma una presión neumática baja en una presión hidráulica más
elevada.
Cilindros de simple efecto
Cilindros de doble efecto
5. Amplificadores mecánicos (engranajes).
Son elementos que aumentan la amplitud de un movimiento.
Palancas:
Existen tres tipos de palancas dependiendo de la posición de la fuerza (F), la resistencia
(R) y el punto de apoyo.
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Engranajes:
Son conjuntos de ruedas dentadas. También tenemos trenes de engranajes.
6. Elementos actuadores.
Los actuadores o accionadores se comportan como órganos de mando del sistema de
control.
Un actuador es un dispositivo capaz de actuar sobre el proceso, una vez recibida la
orden de mando o control del regulador, si lo hay, o bien directamente del comparador.
La señal de error generada por el comparador puede ser de naturaleza distinta a la del
actuador.
Así, es habitual que la señal sea de tipo eléctrico y de baja potencia mientras que el
actuador puede ser eléctrico pero de alta potencia, o incluso neumático o hidráulico.
En consecuencia, existe una amplia gama de actuadores, como se aprecia en la tabla
siguiente:
Tipo de actuador
Denominación
Magnético
Relés
Eléctrico
Motor de CC y de CA
Motos paso a paso (stepper)
Servomotor
Eléctrico-Hidráulico/Neumático
Cilindro hidráulico/neumático
Motor hidráulico/neumático
Electroválvula y servoválvula
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7. Motor paso a paso.
También llamado stepper. Es un convertidor electromecánico que transforma una
información digital en movimientos mecánicos proporcionales, es decir el eje gira pasos
discretos siguiendo unos impulsos ordenados en número y velocidad.
Recibe este nombre porque el motor se mueve un paso por cada impulso de control
aplicado.
8. Motor de CD controlado en el campo.
El motor eléctrico de corriente continua es aquél que recibe la energía eléctrica en forma
de corriente continua y la transforma en energía mecánica como consecuencia del giro
de sus partes móviles.
Un motor de CD controlado en el campo es el estator, que es la parte fija del motor
responsable del establecimiento del campo magnético de excitación. Posee unas bobinas
inductoras situadas alrededor de los polos del electroimán que están recorridas por la
corriente de excitación.
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9. Motor de CD controlado en el inducido.
El rotor es la parte móvil del motor que proporciona el par para mover la carga. Consta
también de bobinas pero inducidas, arrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro
que recibe el nombre de inducido.
10.
Motores de CA.
Los motores de corriente alterna son los de mayor campo de aplicación tanto en el
ámbito doméstico como en el industrial. Se clasifican según el número de fases o líneas
de alimentación que emplean. El principio de funcionamiento de estos motores es el
mismo que el de los de corriente continua, en cuanto a la acción de fuerzas
electromagnéticas sobre conductores, espiras o bobinas, pero es evidente que hay
sustanciales diferencias: el campo magnético generado en el estator es giratorio en estos
motores, y como consecuencia en el rotor aparecen corrientes eléctricas inducidas.