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Universidad Nacional Del Altiplano

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA ELECTRONICA Y SISTEMAS Escuela Profesional De Ingeniería Electrónica

INFORME FINAL

TITULO “CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR AC MONOFASICO POR ANGULO DE DISPARO”

CURSO

: MAQUINAS ELECTRICAS

PRESENTADO POR: MAMANI HANCO, Alex SALAZAR VALERO REYMER

PUNO - PERÚ 2012

“CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR AC MONOFASICO POR ANGULO DE DISPARO” 1. INTRODUCCIÓN Por medio de la técnica de modulación de ancho de pulso se puede realizar un control para sistemas que están a larga distancia ya que se puede evitar la interferencia proveniente del exterior permitiendo realizar un control de la forma más óptima. La ventaja de utilizar el ancho de pulso como control de una variable, es que no se ve afectada por ruido eléctrico, inyectado a lo largo de la línea de transmisión, sin importar si la amplitud del pulso se ve reducida por el ruido externo o por la misma resistencia de la línea de transmisión; ya que el circuito no está observando la amplitud de la señal si no la frecuencia que ésta posee además del ancho de pulso “Ton o Toff”.

2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Existen diferentes procesos industriales que necesitan manejos específicos de arranques, velocidades y frenado de motores que están realizando una determinada tarea, para la cual necesitan estar en un nivel de potencia balanceado para que el sistema no colapse y pueda ocasionar un desastre.

3. MARCO TEORICO 3.1 ZERO CROSSING - CRUCE POR CERO

El Cruce por cero es comúnmente utilizado en las matemáticas, el tratamiento de imágenes y en la electrónica. Es en palabras simples, el punto en la cual una onda o señal cambia de polaridad o signo. Se representa de forma directa como el eje x del plano cartesiano.

Figura 1: Ejemplo de Zero Crossing.

En la tecnología X10, para modular la señal de 50 Hz Sudamericana / Europea, el transmisor utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la señal senoidal. El objetivo principal es transmitir los datos tan cerca del punto de cruce por cero como sea posible. Cada dato binario es enviado en 1 milisegundo (ms) en ráfagas de 120 kilohertz (KHz) en la cual cada módulo tiene su propio detector de cruce por cero para sincronizar todos los envíos y recepciones de datos. El receptor "escucha" los comandos en cada ciclo de onda cercanos al cruce por cero en la cual un 0 binario se representa por la ausencia de un pulso en un flanco ascendente del cada ciclo, seguido por la presencia de un pulso en la caída del ciclo. El detector de cruce cero se aplica utilizando la interrupción externa en el pin RB0 y sólo una resistencia externa para limitar la corriente en el microcontrolador PIC, si conectaramos directamente sin una resistencia se quemaría el circuito. En Chile la Vrmses 220 VAC, y la línea de máxima voltaje o voltaje peak es de 311.13V. Esto se calcula multiplicando la Vrms y la raiz cuadrada de 2.

Para limitar la corriente debemos calcular el valor de la resistencia adecuada para nuestro circuito. Para ello utilizamos la siguiente fórmula:

Si seleccionamos una resistencia de 5 MΩ:

Que es un valor bastante adecuado para un microcontrolador PIC en caso de sobrevoltaje. El PIC contiene diodos de protección a la entrada de sus terminales entrada / salida (E/S), los cuáles detienen cualquier voltaje mayor al voltaje de alimentación del PIC y menor a la tierra de alimentación. Cuando el voltaje de C.A. está en su media onda positiva, la terminal RB0 del PIC lo interpretará como un "uno" lógico; cuando el voltaje de C.A. está en su media onda negativa, la terminal RB0 del PIC lo interpretará como un "cero" lógico. En cada interrupción, el PIC debe conocer

cuando debe

interrumpirse. De esta forma se detectará el cruce por cero de la media onda positiva a la negativa y viceversa. Tras cada interrupción, el bit de interrupción selecciona en el registro de OPTION_REG en forma alternada, de manera que se produce una interrupción en cada paso por cero. Utilizando la siguiente ecuación, es posible calcular cuando el Estado pin detecta un cambio relativo al paso por cero:

Donde: Vpeak = 220V y f = 50Hz

Figura 2: Diodos de protección de un PIC

Figura 3: Detector de cruce por cero.

3.2 SELECCIÓN DE UN MOTOR ELÉCTRICO PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN. Cuando las aplicaciones son sencillas y de baja potencia por lo general la selección de un motor eléctrico no ofrece demasiadas dificultades. Aquí veremos los aspectos a tener en cuenta para la selección de motores importantes. El dato más importante a tener en cuenta es la potencia requerida y el dato que le sigue en importancia es la velocidad de giro. De la velocidad interesa saber si es constante o variable y cual es su valor o rango de variación. El hecho de que la velocidad sea variable limita la libertad en la selección de máquina eléctrica ya que en principio quedaría circunscripto al motor de corriente continua con excitación derivación o independiente. Aunque la electrónica actualmente nos brinda la posibilidad de variar la velocidad al motor asincrónico. En este caso hay que seleccionar el control de velocidad. Otro dato de importancia es el par de arranque o su relación con el par nominal. Suele tener importancia en algunos casos la determinación del tipo de servicio que tiene que cumplir el motor (si es servicio continuo, servicio de breve duración o servicio intermitente). Esto permite en algunos casos reducir la potencia del motor ya que se puede admitir cierto tipo de sobrecarga de acuerdo al servicio. Son muy importantes para la selección la forma constructiva y la protección mecánica que se requiere. La temperatura ambiente de trabajo es muy importante en la selección de un motor. Esto define el tipo de aislación a emplear en la construcción del mismo.

Otro dato muy importante a tener en cuenta en la selección de un motor es la fuente de alimentación (Si hay corriente continua disponible, si hay media tensión).

3.3 REGULACIÓN DE VELOCIDAD. La regulación de velocidad es un factor decisivo en la elección de motores eléctricos, especialmente si se trata de máquinas de potencia respetable. En máquinas muy pequeñas (fracción de HP) se puede recurrir al motor serie universal con simples controladores consistentes en reóstatos en donde la potencia disipada no es significativa desde el punto de vista económico.

Actualmente se puede regular la tensión aplicada al motor serie mediante controladores electrónicos de muy bajo costo. (dimmer) Cuando se trata de máquinas de mayor potencia ya hay que pensar en motores de corriente continua, especialmente en el motor con excitación derivación o en el de excitación independiente. Antiguamente se empleaban reóstatos para controlar el arranque y la velocidad pero esto se traducía en derroche de energía. Para superar este inconveniente en sistemas de gran potencia (trenes de laminación) se emplearon sistemas de máquinas combinadas como el sistema WardLeonard que se menciona en los libros clásicos de máquinas de corriente continúa.

La electrónica nos brinda ahora la posibilidad de efectuar el control de velocidad de la máquina de corriente continua sin grandes pérdidas de energía y sin recurrir a la combinación de máquinas. Se emplean para ello los rectificadores controlados (tiristores). A continuación se muestra un diagrama simplificado de control de motores de corriente continua.

3.4 OPTOISOLATOR MOC3041 El optoacoplador es un circuito integrado (IC, un chip) que está

específicamente

diseñado

para

conectar a los controles de baja tensión a un triac de alta tensión de CA. El opto en los consejos de salida Triac es un chip de 6-pin, pero sólo 4 pines se utilizan: 2 para la DC en, y 2para la salida AC.

Internamente, el opto tiene tres secciones principales: un LED de entrada, un detector de cruce cero, y un controlador de salida triac. (No todos las Optos tienen un circuito de paso por cero, pero estos lo hacen.)La entrada de LED es un diodo emisor de luz, muy parecida a la que usted ve en las placas de circuitos. Turn it on, y brilla la luz. Pin 1, el ánodo, es la parte alta, que está conectado a una resistencia pull-up, que es a su vez conectado a una tensión de alimentación DC, en este caso 5V. Pin 2, el cátodo, es la parte baja, que actúa como el control de DC. Baja este alfiler, y el LED se enciende. Vea la sección de entrada lógica a continuación .Cuando el LED está encendido, brilla una luz dentro de la opto para activar el circuito de paso por cero. Esto proporciona el aislamiento óptico (de ahí el nombre), ya que no hay conexión eléctrica a partir de la entrada de CC a la salida de CA. En la segunda sección en la optoelectrónica es el del paso por cero circuito detector de voltaje. Esto empieza a trabajar cuando se detecta la luz LED. Se enciende y se apaga sólo cuando el voltaje de CA es cero. Al encender o apagar la optoelectrónica, que se enciende o apaga la CA en la próxima mitad del ciclo que atraviesa cero voltios. Esto significa que la carga (por ejemplo, luces) se activa cuando no hay tensión, que es menos espinoso, menos ruidosos, y más fácil de la carga. (Alguna vez escuche un interruptor de luz más tenue zumbido o los filamentos de una bombilla zumbido cuando atenuado?)

Este cruce cero es muy útil para las luces intermitentes, pero impide el uso de la IC como un regulador. omo no hay más circuitos de control necesarias para oscurecimiento de todos modos, pensé que estos consejos básicos Triac salida sería bueno para el encendido / apagado y parpadea, y vamos a desarrollar un consejo regulador

independiente. La tercera sección en la optoelectrónica es el

controlador de salida triac. Se trata esencialmente de un mini-triac que los interruptores de CA dentro y fuera, con un poco de poder, lo suficiente como para desencadenar un triac (pero no suficiente para llevar una carga de sí mismo). Cuando el cero del circuito de cruce se enciende, este controlador triac interruptores de la CA a la puerta del triac, que a su v e z cambia la CA a la carga. Hay una resistencia de puerta de serie entre la entrada de línea de CA ,y la patilla 6 de alta lado de la salida del opto, R2 como un ejemplo en el esquema. Esta resistencia limita la corriente máxima a través de OPTOISOLATOR. Su valor es un equilibrio entre el límite máximo actual, y permitir que la puerta corriente suficiente para activar el triac. Los valores típicos varían entre 100 y 180 ohmios. El opto en el tablero TriacOut4 es un MOC3041M, de Fairchild

Semiconductor. La

serie MOC30xx

es muy común, con diferentes versiones para diferentes voltajes y corrientes. El MOC3041M es de 400V pico, por lo que se encargará de 120 y 240 AC, y tiene una entrada de corriente de 15 mA. Hay corrientes de entrada disponible más baja, que afectaría a la selección de la resistencia pull-up. (Véase la TriacOut8.) Esta opto fue elegido por menos costo y mayor disponibilidad, pero los otros estarían bien también. Nota: los dos pines no utilizados, 3 y 5, deben permanecer desconectados. Pueden estar conectados a algo internamente en la optoelectrónica. No suelo ellos o conectarse a cualquier otra línea.

4. DESCRIPCION DEL CIRCUITO. La aplicación del cruce por cero se realiza por medio del PIC16F877, el cual posee un programa que se describirá en un apartado de este informe .Para el aislamiento entre la parte de potencia y la parte electrónica de control, se usan optoaisladores, que evitan posibles daños en la parte de control Cuando el optotriac MOC 3041, permite el paso de corriente en un sentido, este se refleja en el TRIAC BT137 de potencia.

El circuito RC conectado en paralelo con el TRIAC de potencia sirve para limitar la velocidad de crecimiento de la tensión ante cargas inductivas.

Parte del circuito referido a la etapa de potencia

5. CIRCUITO ESQUEMATICO.

6. PROGRAMA PARA EL CONTROL POR ANGULO DE DISPARO DEL MOTOR AC. Control de potencia ac. Por angulo de disparo usando el conversor ADC del pic 16f877, y un potenciometro (divisor de voltaje) en RA0/AN0, como referencia. LIST P=16F877 RADIX HEX INCLUDE "P16F877.INC"

ADAT EQU

0X20

FLAG EQU

0X21

PDel0 EQU

0X22

PDel1 EQU

0X23

ON

00

EQU

; bit de encendido

#DEFINE

ACTIVE PORTB,1

;realiza el disparo

#DEFINE

TESTEO PORTB,0

;detecta el cruce

#DEFINE

ENC PORTB,4 ;pulsador para encender

#DEFINE

APP PORTB,5 ;pulsador para apagar

ORG 0 GOTO INICIO ORG 0X04 RSI

btfsc

INTCON,RBIF ;¿ocurrio interrupcion por pulsador (RB4 ó RB5)?

goto

BRSI

bcf

INTCON,INTF ;NO

btfss

FLAG,ON

retfie comf

;SI

;(=>es del detector cruce x cero) ¿esta encendido el ckt? ;NO =>el ckto esta apagado finalizo

ADAT,W

movwf TMR0 bcf

INTCON,T0IF

bsf

STATUS,RP0

TRSI

bcf

OPTION_REG,T0CS

;activo TMR0

bcf

STATUS,RP0

btfss

INTCON,T0IF ;¿termino temporizacion?

goto

TRSI

bsf

STATUS,RP0

bsf

OPTION_REG,T0CS

bcf

STATUS,RP0

bsf

ACTIVE

;desactivo TMR0

nop nop nop nop nop nop nop nop nop bcf

ACTIVE

bcf

INTCON,INTF

retfie BRSI

bcf

INTCON,RBIF

btfss

ENC

;¿se pulso boton encender?

goto

BRSI1

;SI

btfsc

APP

;NO¿se pulso boton apagar?

retfie

;NO

bcf

FLAG,ON

call

DEMORA

retfie BRSI1: bsf

FLAG,ON

call

DEMORA

;SI

retfie

INICIO bsf

STATUS,RP0

bcf

STATUS,RP1

clrf

ADCON1

; al banco uno

;todo RA,RE entradas analogicas

movlw b'00110001' movwf TRISB

; Puerto b cruce por cero

clrf

; puerto c salida

TRISC

movlw b'01100100'

; Configuracion de TMR0 (flanco

ascendente,TOCKI,preescaler,1:32,OFF) movwf OPTION_REG bcf

STATUS,RP0

clrf

PORTB

clrf

PORTC

; al banco 0

movlw 0xff movwf ADAT bcf

FLAG,ON

movlw b'01000000'

; (fosc/8:freq muestreo, canal 0)

movwf ADCON0 bsf

ADCON0,ADON

;activo el ADC(ADON)

movlw b'10011000' movwf INTCON ;-------------------------------------------------------------------------PBUC bcf

PIR1,ADIF

;desactivo señalizador de fin de conversion

ADCON0,GO

;inicio conversion

PIR1,ADIF

;¿Terminó conversión?

goto

PCONV

;NO

movf

ADRESH,W

;SI

bsf

PCONV btfss

movwf PORTC

;envio el dato a puerto C; y a su respaldo

movwf ADAT nop nop

;retardo inter conversion

nop goto

PBUC

;******************************************************************** DEMORA movlw movwf

.4

PDel0

PLoop1 movlw movwf

; 1 set numero de repeticion (B) ;1|

.186

PDel1

PLoop2 clrwdt

; 1 set numero de repeticion (A)

;1| ; 1 clear watchdog

decfsz PDel1, 1 ; 1 + (1) es el tiempo 0 ? (A)L goto

PLoop2 ; 2 no, loop

decfsz PDel0, 1 ; 1 + (1) es el tiempo 0 ? (B) goto

PLoop1 ; 2 no, loop

PDelL1 goto PDelL2 PDelL2 clrwdt return

; 2 ciclos delay ; 1 ciclo delay

; 2+2 Fin.

;-----------------------------------------END

7. SUGERENCIA Y CONCLUSIONES

Otra manera de controlar la velocidad de un motor haciendo uso del PIC. El pic 16f877 contiene internamente un modulo PWM por lo se puede programar para hacer el control de un motor.

Conclusiones acerca de esta experiencia.



En esta experiencia se utilizo el pic 16f877 el cual es muy versátil para ciertas aplicaciones que comprenden proyectos mas complejos debido a que posee 5 puertos de trabajo, un modulo generador de PWM, un adc interno, etc.



La utilización de un adc puede ser muy práctico cuando no utiliza mucha circuitería externa porque, resulta ser un poco tedioso el conexionado.



Para el circuito con pic es necesario que el detector de cruce por cero se haga con cuidado, con ayuda de un osciloscopio.



Los componentes utilizados en esta experiencia son muy costosos, se pueden realizar circuitos parecidos un poco mas económicos.

8. REFERENCIAS 

Rashid, Muhammad H. (2004) Electrónica de potencia. Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Tercera edición. Prentice Hall.



Chapman, Stephen J. (1996) Máquinas eléctricas. Segunda edición. Mc Graw – Hill.