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“Año de la promoción de la industria responsable y del compromiso climático”

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Escuela Académica de Mecánica y Eléctrica TEMA:

Controlador de velocidad de un motor de corriente continua en paralelo con un foco Curso

Docente

:

Electrónica Industrial II. Ing. Celso Gerónimo Huamán.

:

Aliaga Basaldua Ángel Abraham.

Integrante :

Arias Quispe Rosinaldo. Rivero Zanabria Jhunior. Ciclo

:

VII-ME3. Lima-Perú 2014

Controlador de velocidad de un motor de corriente continua en paralelo con un foco. 1

Historia: En 1896 aparece el control Ward Leonard para variación de velocidad. De las tres formas de variar la velocidad de un motor, la más eficaz es la del control de voltaje de armadura, puesto que permite una amplia variación de la velocidad sin afectar el par máximo del motor. La forma normal de variar el voltaje de armadura de un motor de cc, era suministrándolo desde un generador de CC. Un motor primo trifásico que mueve al rotor del generador de cc el cual se usa para alimentar un voltaje de cc a un motor de cc; a éste sistema se le llama WardLeonard y es extremadamente versátil. El voltaje de armadura se puede variar mediante cambios en la corriente de campo en el generador de cc, éste voltaje de armadura permite que la velocidad del motor pueda variarse suavemente entre un valor muy pequeño y la velocidad base. La velocidad del motor puede ajustarse por encima de la velocidad base reduciendo la corriente de campo del motor, por eso es que este sistema es tan flexible que permite control total de la velocidad del motor. Además permite también el cambio del sentido de rotación, solamente cambiando la polaridad del voltaje de armadura, así es posible obtener un rango muy amplio de variación de la velocidad en cualquier sentido de rotación. En esta forma, mucha de la energía requerida en el primer momento para alzar la carga puede recuperarse reduciendo el costo total de operación de la máquina. La desventaja del sistema Ward-Leonard, es la de tener que comprar tres máquinas completas de valores nominales esencialmente iguales, lo cual es muy costoso. De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada. La maquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o cuasi-constante, y con valores que dependen de la alimentación y de las características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc. Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) también puede ser designado como variador de velocidad.

Marco teórico: Control de velocidad de un motor dc. 2

Las técnicas de control de motores dc son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el torque y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia. La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje. La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada. Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor.

Forma de Controlar la Velocidad de un motor DC. 

Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado al devanado del campo. Al aumentar el voltaje de campo, el motor desacelera.



Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado a la armadura. Al aumentar el voltaje en la armadura el motor acelera.

El control de armadura muchas veces se prefiere al de campo pues puede manejarse con más libertad la producción de par con este método.

EL MOTOR DC

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El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria por los diferentes usos que se le puede dar. Su fácil control de posición, parada y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna (tipo asíncrono), pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor, ya que requieren menos mantenimiento y el coste del motor AC es menor que un motor DC. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micros motores, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. El motor de corriente continua se compone principalmente de 2 elementos: * Estator * Rotor Dentro de los cuales se pueden distinguir otros componentes: ESTATOR, ROTOR, ARMAZON, EJE, IMAN PERMANENTE, NUCLEO Y DEVANADO, ESCOBILLAS Y PORTAESCOBILLAS, COLECTOR y TAPAS.

ESTATOR O INDUCTOR: Es un elemento inmóvil del circuito magnético en el que se bobina un arrollamiento para producir un campo magnético. El electroimán así construido tiene una cavidad cilíndrica entre sus polos. Este flujo magnético será usado por el rotor para realizar el movimiento giratorio.

El inducido o rotor: Es un cilindro de chapas magnéticas, aisladas entre sí y perpendiculares al eje del cilindro. El inducido es móvil y gira alrededor de su eje separado del inductor por un entrehierro. Los conductores están regularmente repartidos. Esta parte del motor es la que genera el torque para mover la carga. EJE: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. NUCLEO: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule. Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. 4

Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). DEVANADO: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado. COLECTOR: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio delas escobillas (llamadas también cepillos) ARMAZON: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético. IMAN PERMANENTE: Compuesto de material ferro magnético, se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos. ESCOBILLAS Y PORTAESCOBILLAS: Las escobillas están hechas de carbón, y son las encargadas de mantener contacto con el colector y proporcionar la tensión y corriente hacia el rotor. Su dureza es menor que la del colector, esto se debe para evitar el desgaste de las escobillas que además se encuentran albergadas en las porta escobillas y ambas al estator. La función del porta escobillas es mantener el contacto de la escobilla con los segmentos del colector mediante unos resortes, el contacto debe tener una presión moderada ya que si la presión es mucha, tanto las escobillas como el colector se desgastarían y si la presión es poca o débil el contacto entre estos no se daría del todo bien ocasionando problemas en el funcionamiento del motor. Justamente estos dos componentes (escobillas y colector) son los que se tienen que dar mantenimiento o en todo caso reemplazarlos por desgaste, de ahí el coste excesivo en mantenimiento de los motores DC en comparación con los motores AC.

Funcionamiento del motor DC

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* Cuando se alimentan con electricidad los cables de entrada, las bobinas del rotor forman un campo magnético con una polaridad dada. Por tal motivo y debido a la atracción de los polos contrarios el rotor gira para colocar los polos contrarios de frente. Antes de colocarse frente a frente las escobillas dejan de hacer contacto eléctrico con el colector y el campo magnético del rotor desaparece, no obstante, la inercia del rotor hace que se sobrepase la posición de polos enfrentados y de nuevo se establece el contacto escobilla-colector, pero en este caso con la polaridad intercambiada. Esta hace que se formen polos iguales colocados muy cerca, la repulsión de ellos hace que se prosiga el movimiento en la dirección iniciada. Este ciclo de atracciones- repulsiones se produce infinitamente y el rotor gira de manera permanente mientras tenga conecta la electricidad. Tipos de funcionamiento: El motor de corriente continua tiene un funcionamiento reversible, veamos: * Cuando la carga se opone al movimiento de rotación, generando un par, el funcionamiento es la de un motor. * Si la carga hace girar a la maquina (denominada carga de arrastre), el aparato genera energía eléctrica (generador). Tipos de motores DC: 1. Excitación paralelo (independiente): Los arrollamientos, inducido e inductor, se conectan en paralelo o alimentados a fuentes de tensiones diferentes para adaptarse a las características del motor. La inversión del sentido de giro se obtiene por la inversión de conexión de uno u otro arrollamiento; en general la inversión de la tensión se hace en el inducido debido a que sus constantes de tiempo son mucho menores.

2. Excitación serie: El bobinado inductor se conecta en serie con el bobinado inducido. La inversión de giro se obtiene indistintamente invirtiendo la polaridad del inducido o del inductor. Este motor se utiliza principalmente para tracción, especialmente en carretillas alimentadas mediante baterías de acumuladores. En tracción ferroviaria. 3. Excitación serie-paralelo: Este motor tiene dos arrollamientos en el inductor. Uno está en paralelo con el inducido y está recorrido por una corriente baja respecto a la corriente de trabajo. El otro está en serie. Los flujos en el motor se suman si los amperios-vueltas de ambos arrollamientos tienen el mismo sentido. En caso contrario, los dos flujos se restan, pero este montaje se utiliza muy pocas veces porque lleva a un funcionamiento inestable para grandes cargas.

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Elementos utilizados para el control de velocidad:

TRIAC. El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. DESCRIPCION GENERAL Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.

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CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENT E

Funcionamiento: La figura describe la característica tensión – corriente del Triac. Corriente a través del Triac como una función de la tensión entre los ánodos MT2 y MT1. El punto VBD (tensión de ruptura) es el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac, crece con un pequeño cambio en la tensión entre los ánodos. El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de la disminución de la tensión de la fuente. Una vez que el Triac entra en conducción, la compuerta no controla más la conducción, por esta razón se acostumbra dar un pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipación de energía sobrante en la compuerta. El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característica invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción 8

y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es igual a la del III

Transistor I.G.B.T. El transistor bipolar de puerta aislada es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en máquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: automóvil, tren, metro, autobús, avión, barco, ascensor, electrodoméstico, tel evisión, domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en inglés UPS), etc. Características: El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 100 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energías como fuente conmutada, control de la tracción en motores de inducción. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios. Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio entre los tiristores y los MOSFET. Maneja más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.

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Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta. Funcionamiento: Cuando se le es aplicado un voltaje VGE a la puerta, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente de colector IC es conducida y el voltaje VCE se va desde el valor de bloqueo hasta cero. La corriente IC persiste para el tiempo de encendido en que la señal en la puerta es aplicada. Para encender el IGBT, el terminal C debe ser polarizado positivamente con respecto a la terminal E. La señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado a la puerta G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15 volts, puede causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la corriente de colector ID es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, el dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el G. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en la puerta es muy baja. El IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal G. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 microsegundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz. EL IGBT requiere un valor límite VGE (TH) para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje VCE cae a un valor bajo cercano a los 2 V. Como el voltaje de estado de encendido se mantiene bajo, el G debe tener un voltaje arriba de 15 V, y la corriente IC se autolimita.

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Amplificador operacional:

Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G· (V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero. El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son:

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

V+: entrada no inversora



V-: entrada inversora



VOUT: salida



VS+: alimentación positiva



VS-: alimentación negativa

Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Habitualmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad. Comportamiento en corriente continua (DC) Lazo abierto Realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - (entrada inversora) la salida será la alimentación VS-. Lazo cerrado o realimentado Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece una realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor. Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito: 

V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual).



I+ = I - = 0

Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal de 12

entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al realimentar, aumentando el ancho de banda. Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para generar señales oscilantes.

Diodos:

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison. Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. 13

Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

Condensador eléctrico Un condensador (en inglés, capacitor,1 2 nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el ámbito de la electrónica y otras ramas de la física aplicada), es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas oplacas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga. Funcionamiento La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a unad.d.p. De 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio. La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o pico- pF = 10-12 -faradios. Los condensadores obtenidos a partir de súper condensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos de carbón activado para conseguir una gran área relativa 14

y tienen una separación molecular entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko, con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila. También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.

Resistencias: Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán George, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. La resistencia está dada por la siguiente fórmula:

En donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material. La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal)

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

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Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:1

Circuito (esquemático):

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Laminas del P.C.B. 17

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO: 18

En esta sección se detallara cada bloque del circuito y su respectivo funcionamiento. ETAPA DE CONTROL Esta etapa del diseño es la encargada de generar las señales, para el control de velocidad del motor DC, y el aislamiento de la etapa de control con la de potencia mediante optocopladores y la generación de tiempos para evitar el cortocircuito entre pares complementarios de IGBT. * GENERACION DE LA SEÑAL: Consideraciones a tomar para generar la señal: 1. velocidad de conmutación del dispositivo a usar, en este caso igbt. 2. Generar 3 tipos de señales, de igual periodo pero diferentes ciclos. 3. La primera señal debe ser lo suficientemente pequeña como para no vencer la inercia del motor y mantenerlo apagado. 4. La segunda señal debe poder vencer la inercia del motor y mostrar un movimiento de este a una velocidad cte. 5. La última señal debe cubrir casi todo el último periodo.

AMPLIFICACION DE LAS SEÑALES Y PROTECCION DEL CIRCUITO DE CONTROL. 19

Ya que las compuertas de los igbt se activan con 15voltios y las señales son de 9 voltios, se necesita amplificar la señal y a la vez proteger el circuito de control, para esto se hace pasar la señal por optocopladores que están alimentadas con 12 voltios para la etapa de potencia. Se debe tener en cuenta que para activar cada igbt se tiene que tener 4 optocopladores uno para cada igbt, una recomendación es que cada señal de salida (salida del optocoplador) tenga su propia fuente independiente de alimentación. Y comparta la misma tierra que los source de los igbt.

CIRCUITO DE POTENCIA. 20

* Para la etapa de potencia se utilizó un puente conformado por IGBT, El circuito tipo puente es muy utilizado ya que maneja grandes corrientes y alto voltaje, pudiendo controlar la velocidad del motor.

PLACA TERMINADA 21

TRABAJO TERMINADO

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OBJETIVO: El presente trabajo tiene como objetivo describir el funcionamiento de un circuito implementado para el control de velocidad y giro de un motor DC, utilizando la técnica de PWM para el control de velocidad e IGBT para la etapa de potencia que en este caso es un puente con el cual se puede controlar el sentido de giro del motor y nos permite manejar corrientes y voltajes considerables mayor de las que podríamos manejar con transistores bipolares o mosfet. Se enfatizó también en describir las características del dispositivo igbt como primera opción en la realización de circuitos de potencia y su respectiva comparación con otras tecnologías similares.

CONCLUSIONES: * El circuito tipo puente con IGBT resulto ser muy cómodo para trabajar más aún si se trata con corrientes y tensiones elevadas. * Fácil manejo de la activación de los IGBT, por voltaje en compuerta al igual que los MOSFET. * Menos perdida en conmutación que los MOSFET y más rápidos que los BJT, sin duda los IGBT resultan atractivos para trabajar con potencias medias y próximamente con potencias altas. * Cuando se trabaja con potencias medias y altas es recomendable usar algún tipo de aislador entre la etapa de potencia y la etapa de control. * La señal PWM fue generada en forma fácil por el pic y se tomó algunas consideraciones para su generación, como el voltaje nominal que no vence la inercia del motor y la frecuencia de conmutación de los IGBT.

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