Conociendo los cargadores de baterías industriales

Un cargador de baterías es un tipo de convertidor AC-DC capaz de restaurar la carga en baterías de almacenamiento. Las baterías industriales son principalmente usadas en carretillas elevadoras, elevadores de tijera, carros de golf y pequeños equipos de manejo de materiales. También se encuentran en telecomunicaciones, suministro de energía ininterrumpida, equipos médicos, aplicaciones de standby, instalaciones fotovoltaicas, viviendas móviles, yates, ambulancias y vehículos de rescate de emergencia.

Tecnología

Se utilizan dos tipos de tecnologías para convertir la entrada AC en cargadores de baterías:

• Modo conmutación: Un cargador de baterías de modo conmutación es un dispositivo electrónico que convierte una entrada AC a muy alta frecuencia. Se usan componentes de estado sólido y no requieren grandes transformadores. Estos cargadores son más compactos, más eficientes en energía, más tolerante a las fluctuaciones de voltaje AC de entrada y son ligeramente más caros que aquellos que usan tecnología lineal.
• Lineal: Los cargadores de baterías lineales usan una tecnología más antigua con transformadores de baja eficiencia que generan más calor que los cargadores en modo conmutación. El cargador es más grande y más pesado.

Tipos de cargadores de baterías

Hay tres tipos principales de cargadores de baterías:

•  Amplificador magnético.
• Ferroresonancia.
• Puente SCR.

Estos tres tipos de cargadores tienen eficiencias de conversión promedio similares (entre el 80 y 90 %, dependiendo del fabricante), pero tienen diferentes demandas eléctricas pico.

Cargador amplificador – magnético

Estos cargadores tienen la demanda eléctrica pico más baja de los tres tipos. Los cargadores amplificadores magnéticos consisten en tres reactores saturables monofásicos, un transformador reductor o step-down (con o sin un reactor interfase) y un rectificador de diodo (con o sin un reactor de interfase) y un rectificador de diodo (con o sin un choke DC o inductor).  Los reactores saturables regulan la velocidad de carga y son controlados por una corriente DC a través de una resistencia de control. Este cargador es duro y conveniente para uso industrial.

La pérdida de potencia total es alta: para cargadores de Tijeras, las pérdidas son de aproximadamente el 8 % de la potencia de salida sustituyendo reactores saturables por rectificadores controlados de silicio (SCRs). La eficiencia de este cargador cae gradualmente desde el comienzo al fin del ciclo de carga.

Cargadores de ferroresonancia

Estos cargadores tienen una demanda eléctrica pico alta. Consisten en tres transformadores ferroresonantes monofásicos y un rectificador de diodo.

Estos transformadores se conectan usualmente en una configuración delta a doble estrella, y el transformador secundario opera hacia adentro y afuera de la saturación del núcleo del transformador. El núcleo está construido de forma que la trayectoria magnética entre el devanado del primario y el devanado del transformador tiene un hueco de aire, proporcionando el aislamiento necesario para la entrada del primario cuando el núcleo está parcialmente en saturación.

El secundario tiene dos devanados: El primero es un devanado que proporciona la energía de salida, y el otro es conectado a un condensador en serie con una resistencia. El condensador proporciona una regulación de salida automática, y no requiere ninguna otra señal de control.

La pérdida de potencia total de las tres resistencias en el cargador puede ser tan alta como un 7 %. 

Conectándose a un fusible a través de la resistencia pueden eliminarse estas pérdidas. Este tipo de cargador no tiene típicamente un choke DC.

La corriente de carga para un cargador de ferroresonante automáticamente varía con la diferencia de voltaje entre la salida del transformador y el voltaje de la batería, dando como resultado tasas de carga iniciales, y tasas mucho más bajas cuando tiene lugar la carga. Esta tasa de carga inicial puede dar como resultado algunas pérdidas adicionales en el circuito. Esto puede mejorarse conectando un pequeño condensador para el control de la tasa de carga inicial. Otro condensador puede conmutarse cerca del extremo del ciclo de carga para mantener la corriente de carga. La eficiencia instantánea de este tipo de cargador cae rápidamente desde el comienzo al final del ciclo de carga.

Cargadores de puente SCR

Estos cargadores tienen la demanda eléctrica pico más alta de los tres tipos, los cargadores de puente SCR usualmente consisten en transformadores en tres fases y un puente SCR (con o sin choke DC).

Los SCRs se usan para convertir potencia AC-DC y para control de la tasa de carga. No se necesitan componentes adicionales para la regulación de salida. El control usualmente se implementa usando una señal de retroalimentación para variar los pulsos de disparo de SCR. El SCR tiene usualmente una caída de voltaje en estado más alto que el del diodo, causando una pérdida de potencia de alrededor de un uno por ciento de potencia de salida.

Los SCRs en el cargador usualmente son conectados como un puente de 6 pulsos. El transformador alimentando el convertidor del puente puede reducir el rating del transformador en un 20 a 50 % comparado con la alimentación de un convertidor conectado en doble estrella.