INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL
ADOLFO LÓPEZ MATEOS MATEOS PROYECTO
CONTROL DE POTENCIA PROFESOR
MACÍAS PALACIOS HUGO JORGE UNIDAD DE APRENDIZAJE
ELECTRÓNICA LINEAL GRUPO
6CV1 ALUMNO
LÓPEZ FRANCO JUAN PABLO FECHA DE ENTREGA
10/0/1!
CRITERIOS CRITERIO S A EVALUAR EVALUAR
1.- DISENO DEL CIRCUITO IMPRESO……………………………………… IMPRESO………………………………………
2.- SIMETRÍA EN EL DISENO………………………………………………… DISENO…………………………………………………
3.- BLINDAJE………………… BLINDAJE……………………………………………… …………………………………………………. …………………….
4.- ESTANADO…………………………………………………………………
5.- SOLDADURA……………… SOLDADURA………………………………………… ……………………………………………..... ………………….....
6.- COLOCACIÓN DE LOS COMPONENTES…………………………….. COMPONENTES……………………………..
7.- CABLEADO………………… CABLEADO……………………………………………… ……………………………………………… …………………
8.- TORNILLERÍA………………………………… TORNILLERÍA……………………………………………………………. ………………………….....
.-PRESENTACIÓN DEL PROTOTIPO……………………………………..
1!.- "UNCIONAMIENTO……………………………… "UNCIONAMIENTO……………………………………………………… ………………………
INTRODUCCIÓN P#$%&'() Cuando surge la necesidad de variar una tensión alterna, con el objetivo de entregar mayor o menor potencia en una carga particular, es donde aparecen los controles de potencia monofásicos, con los cuales se logra recortar partes de la onda senoidal, variando la potencia entregada a la carga. Las técnicas convencionales empleadas, son por control de fase, estas generan armónicas cercanas a la armónica fundamental, lo cual hace que los filtros utilizados para eliminarlas sean complejos y poco económicos. l funcionamiento básico de la modulación por ancho de pulso, una serie de pulsos cuyo ancho es controlado por la variable de control. s decir, que si la variable de control se mantiene constante o var!a muy poco, entonces el ancho de los pulsos se mantendrá constante o variará muy poco respectivamente. "i hacemos que el ancho de pulso no var!e linealmente con la variable de control, de modo que el ancho de los pulsos puede ser diferentes unos de otros. #isten distintos métodos para variar el ancho de los pulsos. l más com$n y el que incentiva esta ponencia es la modulación senoidal del ancho de pulso %&'(). l término del ciclo de trabajo describe la proporción de tiempo *on* en el intervalo regular o +per!odo+ de tiempo, un ciclo de trabajo bajo corresponde a la energ!a baja, porque el poder está apagado durante la mayor parte del tiempo. l ciclo de trabajo se e#presa en porcentaje, -- es la carga completa de trabajo. La principal ventaja de &'( es que la pérdida de potencia en los dispositivos de conmutación, ya es muy baja. La modulación &'( también ser controlado por sistemas digitales para controlar el ciclo de trabajo utilizado para transmitir información a través de un canal de comunicación.
C#&$)*#+%, Los contadores son circuito electrónicos digitales importantes. "on circuitos lógicos secuenciales porque la temporización es obviamente importante y porque necesitan una caracter!stica de memoria. Los contadores digitales tienen las siguientes caracter!sticas importantes/
0n n$mero má#imo de cuentas %(odulo del contador).
Cuenta ascendente o 1escendente.
2peración s!ncrona o as!ncrona.
3utónomos o de autodetención
Los contadores son muy $tiles en los sistemas digitales4 se pueden utilizar para contar eventos como, por ejemplo, n$mero de pulso de reloj en un tiempo dado %medida de secuencia). "e pueden utilizar como divisores de frecuencia y para almacenar datos como, en un reloj digital4 también se usan para direccionamiento secuencial y en algunos circuitos aritméticos.
A/(0(')*#+%, #%+)'(#&)/%, La electrónica analógica se ha visto enriquecida con la incorporación de un nuevo componente básico/ %/ )/(0(')*#+ #%+)'(#&)/ %3.2.). 3unque realmente el 3.2. es un circuito electrónico evolucionado, sus caracter!sticas de versatilidad, uniformidad de polarización, propiedades notables y disposición en circuito integrado, convierten al mismo en un nuevo elemento electrónico capaz de intervenir en la conformación de circuitos analógicos de mayor complejidad. La utilización del 3.2. en circuiter!a presupone un adecuado conocimiento de sus caracter!sticas de funcionamiento y prestaciones. stos datos se eval$an en base a determinadas caracter!sticas proporcionadas por el fabricante.l objeto de un amplificador electrónico, es elevar el valor de la tensión, corriente o potencia de una se5al variable en el tiempo, procurando mantenerla lo más fiel posible. Los parámetros que caracterizan a un amplificador son los siguientes/
1onde / 3 6 ganancia del amplificador. 7rado de amplificación. 8e 6 tensión de entrada. ie 6 9ntensidad de entrada. :e 6 9mpedancia de entrada. 8s 6 tensión de salida. is 6 9ntensidad de salida. :s 6 9mpedancia de salida. La ganancia %3), es la relación entre la salida y la entrada. "e puede distinguir entre ganancia de tensión, corriente y potencia. 3v 6 8s;8e ganancia de tensión. 39 6 is;ie ganancia de corriente. 3p 6 &s;&e 6 3v.39 ganancia de potencia.
OBJETIVO 3 través de este proyecto final, buscamos aplicar varios de los conceptos aprendidos en clase y en semestres anteriores as! como usar correctamente los dispositivos que se aprendieron a usar en esta asignatura. 3s! como tal dise5ar el proyecto final busca utilizar cada uno de los conocimientos previos de circuitos para el funcionamiento del mismo, y generar una aplicación práctica para nuestro dise5o. n este caso el usar la configuración de los 3mplificadores 2peracionales como comparadores de 8oltaje para realizar una modulación de 3ncho de &ulso, se utilizará para controlar velocidad e intensidad de algunos elementos electrónicos, como lo pueden ser ventiladores, motores o incluso lámparas incandescentes.
DESARROLLO (aterial utilizado Componente;1ispositivo <=-- <==? B=L"-= B=L"-? B=L"D B=L"=B B=L"ED 13C-?-? FL-?D 1isplay doble L(B L(B L(B?-@ Fransformador 7abinete &laca doble cara -#- cm &laca de una cara -#-cm Gesistor HI Gesistor H?I Gesistor @HAI Gesistor ?HDI Gesistor -HI Gesistor --I Gesistor --I Gesistor =B-I &ortafusibles Jusible D@-m3
&recio 0nitario > .-> .@> @.-> @.-> @.-> @.->
[email protected]> -.-> D.-> -.-> D.-> ?.-> E.-> =-.-> D.-> @-.-> @.-> -.@> -.@> -.@> -.@> -.@> -.@> -.@> -.@> -.-> D.--
&iezas = = D D D @ D D D D D
9mporte > =.-> A.->
[email protected]>
[email protected]>
[email protected]> B-.-> E-.-> -.-> D=.-> -.-> D.-> ?.-> E.-> =-.-> D.-> @-.-> @.-> D.@> .-> .-> -.@> .-> -.@> .@> .-> D-.-> D.--
Jusible @ 3 (ole# Cap. lectrol!tico -KJ Cap. Fantalio KJ Cap. Cerámico -.-KJ &ush botón Cable plano 1isipador de calor &apel cuché &erlas cido férrico Lija --Cable cal. DD negro Cable cal. DD rojo Cable cal. DD azul Cable cal. DD amarillo Fermofit 7romet "Mitch Forniller!a Fotal
> D.-> =.-> .-> .-> .-> D.@> B.-> .-> -.@> .->
[email protected]> E.-> @.-> @.-> @.-> @.-> @.-> D.-> B.--
DA A D m = D m m m m m
> D.-> A=.-> E.-> ?.-> -.-> @.-> B.-> ==.-> @.-> D.->
[email protected]> E.-> @.-> @.-> @.-> @.-> @.-> D.-> B.-> -.- 146.5!
P+#'%*((%&$# '/'/#, +%)/()*#, "e procede dependiendo de la carga, la cual demandara un voltaje y de una corriente para operar satisfactoriamente.
E$)) *% #$%&'() La modulación &'( se utiliza también en eficientes reguladores de voltaje. &or el cambio de voltaje a la carga con el ciclo de trabajo oportuno, el resultado se apro#imará a una tensión en el nivel deseado. J2G(3" 1 2<13 1 L2" FG93C" La relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga. La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece en el estado encendido.
"i permanece una parte peque5a del tiempo en el estado encendido, el flujo de corriente promedio a través de muchos ciclos será peque5o, en cambio si permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio será alta. 0n triac no está limitado a ?-N de conducción por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los A-N del ciclo.
La conducción empieza cuando se ingresa una corriente de magnitud m!nima 97F positiva o negativa por la compuerta %&in 7), una vez que el triac entra en conducción, la compuerta pierde el control y el triac permanecerá conduciendo hasta que la corriente que circula entre 3 y 3D sea menor a una corriente de mantenimiento 9O, si necesitamos que el triac vuelva a conducir debemos lanzar otro pulso de corriente en el gate, aun cuando e#isten más formas de disparar el triac, para el propósito presente solo usaremos la que hemos mencionado.
Control de Jase "i conectamos la fuente V ac directamente a la carga la potencia en la carga viene dada por/ 2
V ac P= R
3hora, que pasa si permitimos que se transfiera corriente a la carga solo a partir de un cierto ángulo de disparo al cual llamaremos +P+, la tensión que llega a la carga tendr!a la forma de la onda de color verde como muestra la siguiente figura.
l ángulo P puede tomar cualquier valor entre - y Q radianes, la potencia promedio que recibe la carga en función del ángulo de disparo P, estará dada por la fórmula/
1e la misma manera si queremos calcular el voltaje efectivo de la nueva onda +senoidal troceada+ , en función del ángulo P tenemos/
Ged "<0RRG para la protección del triac
E"#$"%&' 1
E"#$"%(' )
E"#$"%(' * A+(,-%.#$+%'-(
ε=
620 Ω + 190 Ω 2
E"#$"%('
√
C s 4 mHy
cuación @
cuación A Jactor de resistencia
cuación B
cuación ? cuación E
M =
620 Ω 190 Ω + 620 Ω
=0.765
C s= 4
4 mHy
(0.02025 )= 8.06 nF 2
190 Ω + 620 Ω
R%,(,$%&'() /(($)*#+) *%/ /%* *%/ #'3!31
lim ¿=
10 V −1.5 V 15 mA
=525 Ω
R¿
"elección del valor comercial lim ¿=
10 V −1.5 V 470 Ω
=18.0851 mA
I ¿
lim ¿=
10 V −1.5 V 560 Ω
I ¿
=15.1785 mA
4 sobrepasa las condiciones del fabricante
%&%+)'(& *% /) #&*) $+()&/)+
I
&ara el análisis de este circuito se supondrá que los amplificadores operacionales son ideales, por lo tanto, en el amplificador operacional n$mero se obtiene/
Lo mismo con el amplificador operacional n$mero D/
&ara que ocurra el cambio de pendiente en el circuito integrador, se considera/ 3plicando las leyes de Hirchoff en el punto 3/
1espejando 8G de esa ecuación/
Cuando v68G S v- 6 T8-. l voltaje negativo a la entrada del integrador, hace que la salida aumente en rampa. La corriente que circula por el condensador es 969 /
Cuando v68G, el comparador cambia de estado. n este punto, ocurre el valor má#imo de la onda triangular de salida, v out68ma#. 1espejando 8out en la ecuación %) para esta condición, se obtiene/
La salida del comparador va a su valor positivo, v -6U8-, y la onda de salida comienza a disminuir linealmente con el tiempo. La corriente que ahora circula por el condensador es 969 =/
l valor m!nimo ocurre cuando v68 G a vout68min. 1espejando 8 out en la ecuación %) para esta condición, se obtiene/
"RECUENCIA DE OSCILACIÓN n la siguiente figura se muestran las formas de onda v - y vout donde se se5alan los valores notables 8 ma#, 8min, 8C1, 8&&, F y FD/
8" hace que los tiempos de carga y descarga del condensador sean desiguales a FVFD. P)+) ! 9 $ 9 T1 ) :!;-V! l voltaje picoTpico %8 &&) a través del condensador viene dado por/
"ustituyendo las ecuaciones de 8 && e 9 en la ecuación anterior, se obtiene/
1espejando F/
P)+) T1 9 $ 9 T 2 ) :!;
"ustituyendo las ecuaciones de 8 && e 9= en la ecuación anterior, se obtiene/
1espejando FD/
l periodo de la se5al de salida será/
l %+(#*# de este circuito será/
T =4∗5 KΩ∗1 f =
1 16.4 mS
µF ∗8 K 2 Ω =16.4 mS 10 KΩ
=60.9 Hz
G puede ser sustituido por un potenciómetro para obtener el valor e#acto de resistencia y controlar la frecuencia. sta se5al se ocupara en un circuito de amplificador operacional comparador.
COMPARADOR
Todo lo que sea alabar los amplificadores operacionales está muy bien, pero vamos ahora a centrarnos en una de las aplicaciones específicas de este y que, dentro de la experiencia práctica electrónica, se muestra de una gran utilidad. Se trata de los comparadores. Ocurre, en multitud de ocasiones, que deseamos comparar una tensión con otra para ver cuál de las dos es mayor. ara ello se puede utili!ar un circuito implementado a partir de amplificadores operacionales y que responde al nombre "claro está# de comparador. ara utili!ar como comparador un amplificador operacional sólo tenemos que colocar cierta tensión, por e$emplo, en la entrada inversora "% la cual reali!ará la función de tensión de referencia. Si, a continuación, colocamos una tensión en la entrada no inversora "%'# del mismo operacional obtendremos una se(al de salida "%s# que será función del resultado de la comparación de ambas se(ales.
V
Como resumen del comportamiento de dicho montaje podemos pensar en la siguiente lógica/ T "i la tensión 8U es mayor que 8T la salida 8s será de nivel alto. T "i la tensión 8U es menor que 8T la salida 8s será de nivel bajo. La forma más simple de constituir un comparador con un amplificador operacional consiste en conectar el mismo sin resistencias de realimentación de forma que la entrada no inversora haga las funciones de entrada de se5al a comparar, mientras que la terminal inversora se conecta a tierra lógica.
n la entrada no inversora del amplificador operacional se conectara la se5al de voltaje directo proveniente un amplificador operacional en la configuración de escalador y que con una se5al palabra de bits generar un voltaje directo en A niveles %- a @), esta unión de circuitos digital y circuitos analógicos se requieren para sustituir el potenciómetro G= y controlar el ancho de pulso &'( de la carga y visualizarlos en unos display.
C(+'($# '#&$)*#+ *(($)/ "e mencionó que se requiere de un contador que comience desde cero y a manera de incrementar el n$mero de uno en uno hasta llegar al n$mero este se detenga, pero las compuertas B=L"ED son contadores bidireccionales, o sea, que al llegar al n$mero EE y al tener un flanco descendente en la terminal 0& este comienza reinicia en -, pero también al tener un valor - y al tener un flanco descendente en la terminal 12'< él se mostrara el n$mero EE. l circuito lógico para controlar el módulo de n$meros deberá cumplir la siguiente tabla de verdad. Las cuales son imposibles que se presenten el @ y el - al mismo tiempo, de igual forma 0& y 12'< tenga un mismo valor lógico. 1ecimal D = @ A
0& -
12'<
@
-
L231
CL3G -
B ? E D = @
-
´ )( 15 + 0´ ) LOAD ( UP , DOWN , 15,0 )=(U + D l circuito lógico para controlar las terminales L231 es el siguiente/ UP DO2N
LOA D 1! 0
l circuito lógico para controlar las terminales CL3G es el siguiente/
´ D + 15 ´ 0 CLEAR ( UP, DOWN , 15,0 ) =U
UP DO2N
CLEA R 1! 0
"e necesitan de = %:, W, ', X) variables de entrada y no @ %3, d, c, b, a), que son las que provienen de los dos contadores as! que se tiene que realizar una tabla de verdad para hacer que reducir esas @ variables. 1ec D = @ A B ? E
3 -
d
c -
b
a
: X X
W X X
' X X
X X X
D = @ A B ? E DD DD D D= D@ DA DB D? DE
W ( A , , c , ! , a )= a
X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X
´ " ( A , , c , ! , a ) =
# ( A , , c ,! , a )=c + !
$ ( A , , c , ! , a )= A ⨁
Fenido estas nuevas variables de entrada se dispone a hacer una nueva tabla de verdad y circuito para controlar el módulo - Y @. 1ec D = @ A B ? E
:
W -
X
' -
@ -
-
D = @ A
-
&ara que no cuente más de @ y cono la terminal Load esta negada, al la salida se pondrá un inversor.
15 ( $ , # , " , W )= $#"W
&ara que no cuente menos de -.
´ # ´ " ´ W ´ 0 ( $ , # , " , W ) =$
Circuito eliminador de rebote por pulsador ste circuito se utiliza para eliminar el rebote de contacto cuando se utiliza un interruptor de presión con un circuito digital. l rebote ocurre con todos los tipos de interruptores. Como los contactos del interruptor se encuentran y luego se separan de nuevo hay un breve punto en que los contactos están justo en el punto de separación. sto puede causar un momento de incertidumbre en que los contactos pueden o no pasar corriente. l episodio completo dura sólo unos pocos milisegundos en la mayor!a pero debido a la velocidad de los circuitos electrónicos. l resultado es que el circuito ve varias operaciones de conmutación en lugar de sólo uno.
l circuito utiliza unos componentes sencillos para eliminar el rebote de contacto. Cuando el interruptor de presión está abierto, el voltaje en el punto 3 se mantiene bajo a través de G y GD y C se descarga. 3l pulsar el interruptor hace C para cargar rápidamente a través de 1, sin pasar por G. sto hace que el punto 3 sea alta con bastante rapidez. Cuando se suelta el interruptor, la tensión en el punto 3 no puede caer rápidamente, ya que es sostenida por la carga almacenada en C. l condensador sólo puede descargarse a través de G y GD en serie como 1 está polarizado inversamente. Los contactos del interruptor tienen tiempo para recuperarse y separar limpiamente antes de que el voltaje en C cae significativamente. La salida en el punto 3 debe estar conectado a una puerta lógica adecuado para +cuadrar+ los bordes de la salida. presionar on, presionar off el interruptor del circuito
C2