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INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA PIEDAD.

Maquinas Eléctricas.

Ing. Rodolfo Guadalupe Hernández Rodríguez.

“REPORTE DE PRACTICA SOBRE CONTROLADOR PWM”.

Erick Rodríguez Torres. Miguel Alejandro Guzmán Méndez. Luís Alejandro Calderón Cluti. Ing. Electrónica.

28 de abril de 2010.

INDICE.

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I.

Introducción (marco teórico)………………….2

II.

Objetivo……………………………….…….......7

III.

Material……………………………………….…8

IV.

Desarrollo…………………………………......10

V.

Resultados…………………..........................13

VI.

Conclusión…………………………………….16

VII.

Fuentes informativas……………………...…17

VIII.

Anexos…………………………………………18

INTRODUCCIÓN.

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Acorde al temario, y como actualmente estamos estudiando en clase las maquinas eléctricas llamados motores, mismos a los que no acontece el presente reporte, sino a ver y comprobar lo visto en clase, sobre que es posible controlar la velocidad de giro de un motor por medio de un circuito. Aplicación que es de suma importancia y muy practica, pues no siempre en las tareas o trabajos que involucren motores, se requerirá que este gire continuamente y sin interrupciones, pues en mas de alguna ocasión y por las necesidades especificas de la tarea a realizar sea necesario que este giro sea cada determinado lapso de tiempo y por determinado periodo. Es aquí donde se combina lo incluyente a maquinas eléctricas y un poco de electrónica de potencia. La solución a los requerimientos, o el nombre de la técnica utilizada para tales fines es PWM. La modulación por ancho de pulsos (MAP o PWM, siglas del inglés PulseWidth Modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una sinusoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D es el ciclo de trabajo. τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso). T es el período de la función. La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

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La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación. I)

Parámetros importantes.

Algunos parámetros importantes de un PWM son: • La relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora, siendo recomendable que la última no supere el valor pico de la portadora y esté centrada en el valor medio de ésta.

• La relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la relación entre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 10 a 1. Si embargo cuando se utilizan servomotores hay que tener cuidado en las marcas comerciales ya que hay ocasiones en que los valores varian entre 1ms y 2ms y estos valores propician errores. II)

Aplicaciones.

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras más.

III)

En los motores.

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La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia). Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia. Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos. En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de frecuencia. La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A de la empresa Microchip). IV)

Como parte de un conversor ADC.

Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para comunicarse de forma analógica con sistemas digitales. Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuanto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC. Para el tipo de circuito construido en esta practica lo que se trata es de controlar la velocidad de giro del motor, pero específicamente debido a que se controla el voltaje promedio de salida. El cual se controla por la siguiente formula:

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Otro aspecto importante es la resistencia efectiva de entrada, vista por la fuente es:

S puede variar el ciclo de trabajo k, desde 0 hasta 1, si se varia t1, T, o bien f. Por lo tanto al controlar k, se puede controlar el voltaje de salida Vo desde 0 hasta Vs, y se puede controlar el flujo de potencia. 1. Operación a frecuencia constante. La frecuencia de pulsación f (o periodo de pulsación T), se mantiene constante variando solo en el tiempo activo t1. El ancho de pulso se varia por lo que este tipo de controlador se conoce como PWM o controlador de modulación por ancho de pulso. 2. Operación a frecuencia variable. Varía la frecuencia de pulsación f. Ya sea el tiempo activo, ósea t1, o el tiempo inactivo t2, se mantiene constante. Esto se conoce como modulación por frecuencia. La frecuencia debe variar en un amplio rango para obtener todo el rango de voltaje. Existe otro tipo de control referente al PWM, que es la modulación de un solo ancho de pulso.

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OBJETIVO. El objetivo para esta practica es comprobar como se puede afectar la velocidad de un motor de DC, mediante la utilización de un controlador PWM; por ende, también la realización y armado de un controlador de este tipo para examinar su funcionamiento y ver el comportamiento del motor en respuesta a la señal de salida del controlador; observar el funcionamiento del motor al ser excitado por la onda variable o de modulación por ancho de pulso.

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PRACTICA CON CONTROLADOR PWM. MATERIAL.

Osciloscopio (GW Instek GDS-1062).

Punta de osciloscopio.

Multimetro (ONE plus).

Punta caimán para generador de funciones.

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resistencias

Capacitares

Temporizadores 555

Protoboard

Fuente de alimentación DC

Potenciómetros de 250K

Claro esta que tambien se utilizaron pinzas, cable UTP, y emas utensilios basicos por lo que no se mencionan, en el caso de los potenciometros se

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utilizaron de 250K aun y cuando el circuito mostrado mas adelante marcaba que eran de 1M, pero al no tenerlos pues se implemento el diseño con estos.

DESARROLLO. Para el desarrollo de la practica pues primeramente se armo el circuito mostrado a continuación:

En el cual la entrada provenía de otro 555 implementado como clock de frecuencia variable, para una muestra mas precisa a continuación se muestra la simulación donde se puede apreciar a detalle las conexiones exactas para la practica, se muestra en vertical para que quepa en el documento:

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Esquema: A continuación se muestran las conexiones, cabe aclarar que aun no colocabamos los temporizadores, devido a que no sabiamos si estos estaban quemados o no, fue hasta un dia después de la realización de la practica que esta se concluyo pues tuvimos que colocar temporizadores 555 nuevos. Conexiones:

Después de tener el circuito armado, se procedio a conectar el canal uno del osciloscopio a la salida del primer clock, es decir se midio entre la pata numero 3 del primer 555 y tierra, esto para medir la señal que entraria al control PWM, es decir la que se marca como IN en el primer esquema de esta parte. Después el canal dos del osciloscopio se conecto a la salida del segundo 555, es decir de igual forma, se midio entre la pata numero 3 y tierra. Después se observaron las variaciones de la onda al cambiar los valores de los potenciometros y se registraron las señales con ayuda del osciloscopio digital. Cabe aclarar que la señal medida en el canal uno, tambien podria medirse entre la para numero dos del segundo 555 y tierra puesto que la señal de la pata tres del primer 555 se conducia a la pata dos del segundo temporizador.

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RESULTADOS. Los resultados que obtuvimos fueron que a plena carga nuestro motor consumía 400mA. Además de que la resistencia que ofrecía este por si solo era de 4 Ω. La alimentación del motor fue a 7 V, es decir se conmutaron 7 V mediante un transistor NPN, esto porque la señal de salida del ultimo 555 no era lo suficientemente potente para provocar el giro del motor. Después de estas previas mediciones, tenemos a continuación las graficas. 1. En esta foto vemos la señal obtenida, cuando la señal azul, o del canal dos, caía a 0, el motor dejaba de girar, y al elevarse esta a un 1 lógico, pues el motor comenzaba a girar. La señal amarilla es la que se esta introduciendo del primer al segundo 555.

2. para esta captura se modifico el nivel del potenciometro del primer 555,osea el que manda la señal de entrada para el 555 que nos dara nuestra salida pára el control del motor. La resistencia medida del potenciometro mencionado fue de 2.34 Ω.

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3. Se modifico nuevamente el valor del mismo potenciometro pero esta ves la medida del potenciometro fue de 500KΩ.

4. Esta captura es con otra frecuencia de entrada, puesto que teniamoa que observar el comportamiento a distintas frecuencias, se aprecia claramente el cambio, y al funcionar el motor obviamente tambien se miraba gravemente afectado en cuando a su velocidad de giro y periodo de giro.

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5. Con otra frecuencia distinta.

6. Nuevamente con otra frecuenta.

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7. Con una frecuencia diferente también

8. . Captura con una ultima frecuencia distinta a todas las demas.

CONCLUSION. Podemos concluir de la practica, que podemos controlar a nuestro gusto y acorde a nuestras necesidades la velocidad de giro de un motor de DC, esto mediante la utilizacion de la tecnica o circuitos que utilicen la modulacion por ancho de puslo, o PWM. Como comprobamos un circuito de facil acceso y que nos permite realizar esto es el temporizador 555, donde al variar la velocidad del puslo o la frecuencia con que este ocurre, observamos que

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que modifica tambien la velocidad del motor, a periodos mas largos en logico menor velocidad para el motor, mientras que a periodos con oscilaciones mas frecuentes entre 0 y 1 se observa que es en esta condicion cuando la velocidad del motor se ve aumentada. Ademas observamos que podemos modificar el periodo y la frecuencia tanto del flanco alto como del bajo, esto para como se menciono en la introduccion, obtener periodos por ejemplo de 2 segundos de funcionamiento por uno de no funcionamiento, o viceversa,

o

de

3

de

funcionamiento

por

dos

de

no

funcionamiento, etc.

FUENTES INFORMATIVAS. •

ELECTRONICA INDUSTRIAL-Dispositivos y sistemas. Timothy J. Maloney. Prentice-Hall. Mexico D.F. Traduccion de la primera Ed. En Ingles. 1983. http://es.answers.yahoo.com/question/index? qid=20080319185313AA2c9u3 http://www.scribd.com/doc/2063782/DSE-2-Amplificacion-depequena-senal-con-transistores-BJT-y-FET •

ENGINEER’S MINI-NOTEBOOK Forrest M. Mims III. III Edicion. Radio Shack, EUA 1996.

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ANEXOS.

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