INTRODUCCION
Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener las salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC MOTOR DC: El motor de corriente continua es una maquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la an convertido en una de las me!ores opciones en aplicaciones de control y automati"ación de procesos. Las partes fundamentales de un motor de corriente continua son# $
que crea crea el campo campo magné magnétic tico o fi!o, fi!o, al que que le llamamos llamamos Estator: Es el que %e&c %e&cit itac ació ión' n'.. En los los mot motores ores peque equeño ños s se consi onsig guen uen con ima imanes nes permanentes.
$
Rotor: (ambién llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, !unto al del estator, estator, el par de de fuer"as fuer"as que le ace girar. girar.
$
Escobillas: )ormalmente son dos tacos de grafito que acen contacto con las bobinas del rotor. * medida que este gira, la cone&ión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen cispas que generan calor.
$
Colector: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores.
$
Delgas: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las
$
escobillas y a su ve" están soldados a los e&tremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor. Micas: Son laminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el con!unto forma una masa compacta y mecánicamente bruta.
Funcionamiento con carga y uncionamiento en !acio: +n motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier ob!eto o soportando cualquier resistencia e&terna, que le obliga a absorber energía mecánica. +n motor funciona en vacio, cuando el motor no soporta ninguna resistencia e&terna. Los motores de corriente continua se clasifican segn la forma de cone&ión de las bobinas inductoras e inducidas ente sí.
" Motor #e e$citaci%n in#e&en#iente " Motor en serie " Motor en #eri!aci%n o motor '(unt " Motor Com&oun# -ara conocer las características y posibles aplicaciones de cualquier de estos motores, deben fi!arse cada uno de estos parámetros#
$
E!oluci%n #el r)gimen #e giro *en r&m+: Es decir, como varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias.
$
,otencia el)ctrica absorbi#a &or el motor *en -.+: Es decir, el consumo de energía.
$ $
,ar motor *en /g0m+: Es decir, la capacidad de arrastre del motor. Ren#imiento *n+: Es decir, las pérdidas de energía del motor
MOTOR DE E1CITACI2N INDE,ENDIENTE: Son aquellos motores que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. on ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuer"as es entonces prácticamente constante.
)os permite regular con precisión el par, tanto en modo motor como en modo generador. Sus aplicaciones industriales son en el torneado y taladrado de materiales, así como la e&trusión de materiales de plástico y de goma, ventilación de ornos, retroceso rápido en vacio de gancos de gra.
MOTOR 'ERIE: El motor serie se conecta a la red como se indica en la fgura. El voltaje aplicado Ea es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, puesto que la corriente Ia es la misma corriente de excitación.
El par producido Kφ Ia es directamente proporcional al ujo y a la corriente en el inducido. Como el tami!n aumenta con Ia, entonces, el par motor es directamente proporcional al cuadrado de Ia, por lo tanto, su curva ser" paraólica.
Arranque del motor: Como en el caso del motor s#unt se dee intercalar un reóstato de arranque en serie con el inducido. Esta resistencia se reduce gradualmente cuando el motor adquiere velocidad. Caracter$stica% &as curvas caracter$sticas se pueden otener a partir de las 'órmulas 'undamentales% (ar motor ) Kφ Ia ) K Ia*+, deido a que φ ) K Ia pm ) -Ea Ia a/0 Kφ ) K -Ea Ia a/ 0 Ia, 1 sea, que al aumentar la corriente, disminuye la velocidad, y su curva de velocidad, se oserva que para cargas ligeras, la velocidad se #ace peligrosamente elevada, y por esta ra2ón un motor serie #a de estar siempre engranado o acoplado directamente a la carga. 3i un motor serie estuviera unido a la carga mediante una correa y !sta se rompiese o soltase, el motor se emalar$a y proalemente se da4ar$a.
Inversión del sentido de rotación: &a rotación se puede invertir camiando la dirección de la corriente, ya sea del campo en serie o del inducido.
Parada del motor: (ara parar un motor serie, es preciso introducir progresivamente las resistencias del reóstato de arranque y cortar luego la alimentación, para evitar una 'uerte corriente de ruptura que ser$a peligrosa para los arrollamientos.
Control #e Veloci#a# #e un Motor 'erie
Control de velocidad% &a velocidad se puede variar, camiando el voltaje aplicado Ea, colocando un reóstato en serie con la oina de campo. 5e esta manera se disminuye la velocidad. 3e puede aumentar la velocidad, disminuyendo el ujo por polo. Esto se puede reali2ar, colocando un reóstato en paralelo con la oina de campo, de modo que la corriente total Ia solo se permita circular una parte por la oina de excitación.
(ropiedades% 6ran par de arranque. 7elocidad variale con la carga. 8endencia al aceleramiento excesivo. 3oporta ien las sorecargas. 3e dispara '"cilmente en vac$o o cuando la carga decrece.
Utilización 3e usa en los aparatos de elevación% 9ontacargas, ascensores, gr:as, 'renos el!ctricos.
MOTOR '3UNT o #e #eri!aci%n en &aralelo: (ara el motor s#unt de la fgura, tenemos%
I' ) Ea0'
Ia ) -Ea E/0a.
Inicialmente la 'cem es cero, deido a que el inducido est" en reposo, por lo tanto, la
Ia ) Ea 0 a que es de un valor elevado. Como la corriente es elevada, entonces el par motor tami!n lo es, ya que par ) Kφ Ia. Esto #ace que aumente la velocidad, por consiguiente E aumenta. ;l aumentar E disminuye el par motor que se #ace constante cuando el motor adquiere fnalmente una velocidad constante. 3i se impidiese el giro del inducido, la corriente de arranque ser$a muy intensa, continuar$a circulando y quemar$a el inducido en poco tiempo. En la pr"ctica los motores se protegen generalmente con 'usiles que, al 'undirse, aren el circuito antes de que se queme el inducido. Como la corriente de arranque es elevada -varias veces el valor de la corriente nominal de carga/ es necesario intercalar una resistencia s en serie para disminuir la corriente de arranque.
CURVAS CARACTERÍSTICAS &as curvas caracter$sticas de un motor indican como var$an el par motor y la velocidad con la corriente en el inducido, siendo constante el voltaje aplicado. (ar motor ) KφIa Como Ea ) constante, entonces, I' es tami!n constante, por lo tanto, el ujo par polo tami!n lo es. (ar motor ) Kφ Ia ) K x constante x Ia ) K Ia , que representa la ecuación de una recta que pasa por el origen.
rpm ) -Ea Iaa/ 0 K
pm ) constante x -Ea Ia a/ Como la resistencia a es peque4a el valor Ia a es peque4o comparado con Ea, por lo tanto, al aumentar la corriente, disminuye muy poco la velocidad. (or lo tanto el motor s#unt es un motor de velocidad constante.
Control #e Veloci#a# #e un Motor '(unt ;unque el motor s#unt es de velocidad constante, su caracter$stica m"s importante, es la de ser un motor de velocidad regulale. =tili2ando la ecuación de la velocidad, tenemos% pm ) -Ea Ia a/ 0 Kφ &a velocidad se puede aumentar, disminuyendo el 'lujo por polo -φ/ . (ara esto, es necesario colocar un reóstato en el circuito de campo, tal como se indica en la fgura.
Intercalando un reóstato en el circuito del inducido podemos disminuir la velocidad nominal. Esto es deido a que al aumentar la resistencia en el circuito en el inducido el voltaje Ea disminuye.
INVERSIN !E "IR#
El sentido de rotación de un motor s#unt se puede invertir, camiando la dirección de la corriente, ya sea en el circuito de campo o en el circuito del inducido.
Parada del motor$ (ara parar el motor se introducen todas las resistencias del reóstato de arranque antes de cortar la corriente.
Pro%iedades (ar de arranque d!il >o soportan grandes sorecargas. 7elocidad constante cualquiera sea la carga . >o se disparan en vac$o.
Utilización &a velocidad constante de estos motores los #ace adecuados para el accionamiento de m"quinas #erramientas -tornos, taladros/ y aparatos de elevación.
MOTOR COM,UND: Comparando las ventajas de los motores serie y s#unt se encuentra que% =n motor serie del mismo r!gimen de capacidad puede ejercer un par muc#o mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terrilemente la corriente. (ueden otenerse en un mismo motor colocando dos oinados de campo% =no en serie y otro s#unt, en los polos del motor, y que se llamar" motor compound. &as caracter$sticas de velocidad y par motor para un motor compound se dan en la siguiente fgura.
Control #e Veloci#a# #e un Motor Com&oun# &a velocidad de un motor compound se puede disminuir por deajo de la normal por medio de un reóstato colocado en el circuito del inducido y aumentarse por encima de la normal mediante un reóstato en el circuito de campo. ; di'erencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidad defnida sin carga y no alcan2ar" velocidades destructivas si !sta se su prime. &a regulación de la velocidad es in'erior a la de un motor s#unt y mayor a la de uno serie. &a rotación se invierte camiando la dirección de la corriente del circuito de campo o del circuito del inducido. (uesto que si se invierte el campo s#unt se dee invertir el serie, el procedimiento m"s sencillo es invertir la corriente en el inducido. 3i las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound se permutan para invertir el sentido de circulación de corriente en el mismo, las oinas serie se opondr"n al ujo y este decrecer", en lugar de crecer cuando aumente la carga. Esto oligar" al motor a acelerar, en lugar de decrecer cuando
aumenta la carga. Este motor se conoce con el nomre de ?motor compound di'erencial?.
M45UINA DE CORRIENTE CONTINUA La máquina de consta de dos devanados alimentados con # uno llamado inductor que está en el estator de la máquina y otro llamado inducido que está en el rotor. En el caso de funcionamiento como motor ambos devanados están alimentados con . En el caso de funcionamiento como generador se alimenta con el inducido y se obtiene la /E0 por el inductor 1también continua2. Su funcionamiento se basa en la e&istencia de un mecanismo llamado colector que convierte las magnitudes variables generadas o aplicadas a la máquina en magnitudes constantes.
3.
ulata
4. )cleo polar 5. E&pansión polar 6. )cleo del polo au&iliar o de conmutaciónn 7. E&pansión del polo au&iliar o de conmutación 8. )cleo del inducido 9. *rrollamiento de inducido :. *rrollamiento de e&citación ;. *rrollamiento de conmutación 3<.olector 33. Escobillas
FUNCIONAMIENTO COMO 6ENERADOR
La /E0 que se obtiene a la salida de la máquina varía en el tiempo ya que esta máquina no dispone de colector
d φ = B ⋅ d area d φ = B ⋅ l ⋅ r ⋅ d α
π −α
φ =
∫ B ⋅ l ⋅ r ⋅ d α
α
φ = B ⋅ l ⋅ r ⋅ ( π − 2α )
Si la espira gira con velocidad angular flu!o se inducirá en ella /E0# E
=−
=dα>dt mientras se mueva en la "ona del
ω
d α = − B ⋅ l ⋅ r − 2 dt dt
d φ
= ⋅ ⋅ ⋅
E 2 B l V
on la máquina girando a una cierta velocidad ?, la fem que se induce es alterna# cambia de signo cada ve" que se pasa por deba!o de cada polo.
FEM INDUCIDA EN UNA M45UINA DE CC FEM en una es&ira
= ⋅ ⋅ ⋅
E 2 B l V
FEM In#uci#a &or el #e!ana#o com&leto #e la ma7uina E = N ⋅
2VBl
a
)=n@ total de espiras a=n@ de circuitos en paralelo
' A%
A%
ARotor N&%olos
8
r l 8%
P r l
'
E = N ⋅
V
r l %
r
2V
a
⋅
n
P ⋅ ϕ
π ⋅ r 8 9:
r
n=?elocidad en A-0 r= radio E = 4
N ⋅ p
n ⋅ ϕ
60a
E = K ⋅ n ⋅ ϕ
,AR INTERNO DE UNA M45UINA DE CC ,ar crea#o &or una es&ira Tes%ira
8'
l r I es%ira
8'
l r
I a
a=n@ de circuitos en paralelo B=orriente rotor 1inducido2
,ar crea#o &or el #e!ana#o com&leto #e la ma7uina TT#TA(
N
8'
I a
l r
)=n@ total de espiras
P r l
'
TT#TA(
TT#TA(
8P
N a
)
I
I
B= orriente de inducido
VARIACI2N DE VELOCIDAD EN LO' MOTORE' DE CC
Variaci%n #e la tensi%n #e in#uci#o mantenien#o el lu?o constante uando#
nCn nominal
Se mantiene el flu!o constante y se varía la tensión de inducido
Variaci%n #e la e$citaci%n *#ebilitamiento #el cam&o+ Se usa con# nDn nominal *l disminuir la e&citación disminuyen el flu!o y el par pero aumenta la velocidad
E = ) ⋅ n ⋅
T = ) *⋅ ⋅ I i
Ecuación. eneral de máquinas de
DI',O'ITIVO' ,ARA LA VARIACI2N DE TEN'I2N CONTINUA Rectiica#ores controla#os:
VR
@
VS
@
VT
@
!iodosDE CONTROL VELOCIDAD DE UN MOTOR DC ,OR MODULACION DE ANC3O DE ,UL'O *,@M+
T<
T=
T>
T; Tiristores
T9
T8
VS
Transistores
La 0odulación por anco de pulso 1-F02 1pulse Gidt modulation2 de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de traba!o 1H2 de una señal periódica 1una sinusoidal o cuadrada2, 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 traba!o de una señal periódica es el anco relativo de su parte positiva en relación con el período. E&presado matemáticamente# H # es el ciclo de traba!o. τ
# es el tiempo en que la función es positiva 1anco del pulso2.
( # es el período de la función. D
τ =
T
La construcción típica de un circuito -F0 se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. +na de las entradas se conecta a un oscila#or de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal mo#ula#ora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de traba!o está en función de la portadora.
Algunos &armetros im&ortantes #e un ,@M son: •
•
La relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora, siendo recomendable que la ltima 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 3< a 3.
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC ,OR MODULACION DE ANC3O DE ,UL'O *,@M+ CON ARDUINO Los materiales a usar son# o o o o o
*rduino +no 0otor H -otenciómetro L4;5H 1driver motores2 /uente alimentación e&terna
DRIVER L8B=D -ara controlar un motor H desde *rduino, tendremos que usar un driver para motores para proporcionarle más corriente al motor ya que las salidas del *rduino sólo dan 6
El &+AB5 tiene dos puentes y proporciona Dm; al motor y soporta un voltaje entre F,G7 y BD7 tal y cómo pone en el datas+eet .
CONTROL VELOCIDAD A TRAV' DE ,@M Iasta este punto sabemos cómo controlar el sentido de giro del motor H a través del L4;5H. -ero Jy la velocidad de giro En este proyecto lo que aremos es controlar la velocidad y el giro del motor con un solo potenciómetro. -ara acerlo utili"aremos el -F0. Sabemos que ay que atacar los pins 4 y 9 del L4;5H desde dos salidas del *rduino. En estas dos salidas abrá un -F0 a cada una. -ero tenemos que invertir un -F0. JKué quiere decir invertir -ues que cuando en un -F0 tengamos un pulso a un valor alto, en el otro -F0 el mismo pulso sea valor ba!o. En la imagen lo entenderemos de una manera más gráfica.
MONTAE:
o
-ins 6,7,34,35 del L4;5H a masa.
o o
o
o
Muntar las masas del *rduino y de la fuente de alimentación e&terna. -in : del L4;5H a ;? de la fuente de alimentación e&terna. Es el volta!e que proporciona al motor. -in 38 del L4;5H a 7?. Es la alimentación del L4;5H, pude alimentarse directamente desde la alimentación que proporciona el *rduino. El potenciómetro pude ser de cualquier valor.
-ANA*0*
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC ,OR U'O DEL ,IC <9FA EN ,ROTEU' Los materiales a usar son# o
-ic 38f:99a
o
0otor H
o
Bntegrado L4;:n
o
/uente e&terna
o
-uente I
,IC <9a 0icrocontrolador con memoria de programa tipo /L*SI, no se requiere borrarlo con lu" ultravioleta. /abricado en tecnología 0NS, su consumo de potencia es muy ba!o y además es completamente estático, esto quiere decir que el relo! puede detenerse y los datos de la memoria no se pierden. Los pines de entrada>salida están organi"ados en cinco puertos, el puerto *, el puerto O, el puerto , el puerto H y el puerto E.
,UENTE 3 Es un circuito electrónico que permite que un microcontrolador controle un motor de . (ambién ace posible que el motor funcione tanto un sentido como de otro.
MONTAE:
