Los reguladores de derivación pueden tener un papel clave en los sistemas de frenos dinámicos, que se suelen utilizar para desacelerar vehículos a energía eléctrica.
El regulador de derivación es un tipo de regulador lineal, un sistema utilizado para mantener una tensión estable en un circuito eléctrico. En un regulador lineal, el nivel de resistencia cambia para adaptarse a la entrada y produce una tensión de salida constante. El regulador disipa la diferencia entre la tensión de entrada y de salida en forma de calor residual.
Los reguladores lineales a veces se colocan entre la fuente y las cargas reguladas. Estos se llaman reguladores de serie. En contraste, los reguladores de derivación se colocan en paralelo con la carga.
Los reguladores de derivación pueden ser muy sencillos en diseño. Algunos consisten en un diodo de única referencia. Se suelen utilizar en circuitos de referencia de tensión y suministros de energía de CC.
Mediante el uso de reguladores de derivación, los diseñadores pueden controlar las tensiones de sus sistemas para evitar que se produzcan cortes y se fundan los componentes.
Comprensión de la derivación
Los proveedores de reguladores de derivación incluyen Microchip Technology Inc., Texas Instruments, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor, NXP Semiconductors y más.
Además de los frenos dinámicos, existen varias aplicaciones para los reguladores de derivación, incluidas las siguientes:
- Amplificadores de error
- Circuitos de fuente independiente
- Limitadores de la corriente de precisión
- Referencias de tensión de precisión
- Suministros de energía de conmutación
- Supervisión y monitoreo de tensión
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Pise los frenos
El frenado dinámico se define como el uso del motor de tracción eléctrica de un vehículo como generador para desacelerar. En un sistema de este tipo, el motor eléctrico funciona hacia atrás para disminuir la velocidad del vehículo.
Esto pone en juego una verdad fundamental acerca de la generación de electricidad: cuando los motores funcionan hacia adelante, producen movimiento; cuando funcionan hacia atrás, se convierten en generadores y producen electricidad. Así, el frenado dinámico transforma en electricidad la energía utilizada para disminuir la velocidad de un vehículo.
Este sistema trae varios beneficios, incluida la disminución de desgaste de los componentes de frenado basado en fricción.
Exceso de electricidad
Sin embargo, el frenado dinámico genera una importante pregunta. Qué se hace con la electricidad producida por el motor o generador.
Un acercamiento al frenado dinámico es conocido como reostático. En los sistemas de frenado reostáticos que se utilizan en locomotores, un resistor disipa como calor la energía generada, haciendo funcionar el motor hacia atrás. Los motores diesel de trenes grandes utilizan matrices de resistores y grandes ventiladores para evitar el sobrecalentamiento.
Este es un acercamiento relativamente económico al frenado dinámico, a pesar de que desperdicia la energía que el sistema produce.
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Acerca de la regeneración
Otro acercamiento es el uso de frenado regenerativo, que es un sistema que se utiliza en algunos automóviles híbridos, como el Toyota Prius. En los sistemas regenerativos, la electricidad se vuelve a enviar al sistema para cargar las baterías.
Este es el acercamiento más eficiente de frenado dinámico, el cual garantiza que se utilice más de la energía producida para impulsar el vehículo. La desventaja es que el frenado regenerativo es una forma de implementar el frenado más costosa que el acercamiento reostático. Sin embargo, a pesar de este costo adicional, los vehículos híbridos utilizan el frenado regenerativo como medio principal de desaceleración.
Algunos automóviles que utilizan motores de combustión interna convencional emplean sistemas regenerativos para alimentar sus componentes eléctricos. Por ejemplo, el sistema i-ELOOP de Mazda utiliza un sistema de frenado regenerativo para cargar supercapacitores que, a su vez, les suministran electricidad a los equipos electrónicos.
Sienta el quemador
En el caso de cualquiera de los acercamientos, la electricidad generada por el motor o generador debe ir a algún lado. En los sistemas regenerativos, esta electricidad retroalimenta las baterías.
En el acercamiento reostático, a medida que el motor funciona hacia atrás, la tensión de bus de CC del control del motor comienza a aumentar. Esto podría hacer que se produzcan cortes y se fundan los componentes conectados al bus del motor. Para proteger sus circuitos, los diseñadores deben idear una manera de lidiar con esta tensión.
Una solución es el empleo de un regulador de derivación que consiste en un resistor y un transistor de conmutación regulado por tensión. Este tipo de regulador de derivación disipa la tensión como calor.
Frenado acelerado
Con el uso de motores eléctricos en una variedad de sistemas, es probable que predominen los sistemas de frenado dinámico que empleen reguladores de derivación.