UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y ELECTRÒNICA
CURSO
: MÀQUINAS ELÈCTRICAS Y ROTATIVAS
PROFESOR
: ING. AGUSTIN GUTIERREZ PAUCAR
TEMA
: VARIADOR DE VELOCIDAD EN MOTORES DC CON ANCHO DE PULSO PWM
ALUMNO
RIVERA HUAMAN DANNY DANIEL
1213187
2016 1
MARCO TEÓRICO
Este proyecto es una aplicación práctica del circuito integrado NE555. Se basa en la posibilidad de utilizar este integrado como un multivibrador astable. En esta configuración, el circuito produce en su pin de salida OUTPUT (3) una onda cuadrada, con una amplitud igual a la tensión de alimentación.
La duración de los periodos alto y bajo de la señal de salida pueden ser diferentes. El nombre de “astable” proviene de la característica de esta configuración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados lógicos, si no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T.
El periodo de tiempo T de la señal de salida es igual al la suma de los tiempos en estado alto Tm (por “Mark time” en inglés) y bajo Ts (por “Space time). En general, en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro, utilizaremos la frecuencia F de la señal de salida, igual a 1/T.
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MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. Están formados generalmente por las siguientes partes: • Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación. • Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético. • Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. • Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido. Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.
TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA De Excitación Independiente: Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.
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De Excitación En Derivación: Los devanados inducidos e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina.
De Excitación En Serie: Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par. De Excitación Compuesta: También llamados compound, en este caso el devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación.
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DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES CC. 1.1. CIRCUITO ELECTRICO Circuito eléctrico, trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz. 1.2. PARTES DE UN CIRCUITO GRÁFICO # 1 Circuito Ejemplo.
Para analizar un circuito deben de conocerse los nombres de los elementos que lo forman. A continuación se indican los nombres más comunes, tomando como ejemplo el circuito mostrado en el gráfico # 1. • Conductor: Hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos. • Generador o fuente: elemento que produce electricidad. En el circuito del gráfico # 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2. • Nodo: punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. En el gráfico # 1 se pueden ver cuatro nodos: A, B, D y E. Obsérvese que C no se ha tenido en cuenta ya que es el mismo nodo A al no existir entre ellos diferencia de potencial (VA - VC = 0). 5
• Rama: conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la en el gráfico # 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELECTRICO Los elementos de un circuito eléctrico se pueden dividir principalmente en: Elementos pasivos: Son aquellos que absorben energía. Elementos activos: Son aquellos que suministran energía. Un ejemplo de elemento pasivo seria el resistor y las fuentes de corriente y voltaje serian elementos activos. Los capacitores e inductores suelen estar dentro de estas dos categorías ya que adsorben energía cuando se carga y así mismo suministran energía cuando se descargan. El resistor, inductor, capacitor y fuentes son los elementos básicos y es posible ejemplificar el funcionamiento de cualquier dispositivo electrónico c on diferentes combinaciones de estos elementos. Un equipo eléctrico se representa mediante un circuito o esquema constituido por elementos de dos terminales conectados en serie y en paralelo. El análisis del circuito permite reconocer el comportamiento del equipo eléctrico. Los elementos activos son fuentes de tensión o de intensidad capaces de proporcionar energía a una red. Las resistencias (resistores), las bobinas (inductores) y los condensadores (capacitores) son elementos pasivos y toman energía de las fuentes para transformarla en otro tipo de energía o acumularla en forma de campo magnético o eléctrico.
En el gráfico # 2 se han representado siete elementos básicos de circuitos. Los elementos (a) y (b) son fuentes de tensión y los elementos (c) y (d) son fuentes de intensidad. Una fuente de tensión que no se ve afectada por cambios en el circuito al cual esta conectada se dice que es una fuente independiente como en el gráfico # 2 (a). Una fuente de tensión dependiente es aquella en la que cambian sus características según sean las condiciones de determinados circuitos y se representa mediante un rombo como en gráfico # 2 (b). Las fuentes de intensidad también pueden ser independientes o dependientes y se representan como se indica en el gráfico # 2 (c) y (d), respectivamente.
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Los tres elementos pasivos de los circuitos se representan como se indica en el gráfico # 2 (e), (f) y (g). GRÁFICO # 2 Elementos de un circuito eléctrico.
Una bobina consiste en una serie de espiras de hilo conductor recubierto de aislante, que tiene una resistencia eléctrica a través de toda la longitud de hilo. En general una bobina puede representarse por cualquiera de las conexiones, en paralelo o en serie, de sus elementos constitutivos.
RESISTENCIA La resistencia es la propiedad de los materiales de oponerse o resistir al movimiento de los electrones (paso de una corriente eléctrica), lo cual hace necesario la aplicación de un voltaje para producir un flujo de corriente. La unidad de resistencia en el sistema internacional es el Ohm y se simboliza con la letra griega Omega mayúscula Ω. El símbolo de resistencia es R. Cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. GRÁFICO # 3 Resistencias
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CONDENSADOR Un condensador es un componente pasivo que presenta la cualidad de almacenar energía eléctrica. Está formado por dos láminas de material conductor (metal) que se encuentran separados por un material dieléctrico (material aislante). En un condensador simple, cualquiera sea su aspecto exterior, dispondrá de dos terminales, los cuales a su vez están conectados a las dos laminas conductoras. GRÁFICO # 4 Condensador no polarizado
Condensador variable.
GRÁFICO # 6 Tipos de condensadores.
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REÓSTATOS Son resistencias bobinadas variables dispuestas de tal forma que pueda variar el valor de la resistencia del circuito en que esta instalada, como ya sabemos, son capaces de aguantar mas corriente. . A las resistencias variables se le llaman reóstatos o potenciómetros, con un brazo de contacto deslizante y ajustable, suelen utilizarse para controlar el volumen de radios y televisiones. GRÁFICO # 7 Reóstatos.
DIODO Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los primeros dispositivos de este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían en un receptáculo de vidrio o de acero al vacío que contenía dos electrodos: un cátodo y un ánodo. Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el cátodo hacia el ánodo, el diodo de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación. Los di odos más empleados en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio, cuando la señal radiofónica se detectaba mediante un cristal de germanio y un cable fino terminado en punta y apoyado sobre él. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minúscula placa de cristal van montados dentro de un pequeño tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo. GRÁFICO # 8 Diodo rectificador Diodo emisor de luz (LED)
GRÁFICO # 9 Tipos de diodos de estado sólido.
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BOBINA Las bobinas (también llamadas inductores) consisten en un hilo conductor enrollado. Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente. Al igual que un condensador, una bobina puede utilizarse para diferenciar entre señales rápida y lentamente cambiantes (altas y bajas frecuencias). Al utilizar una bobina conjuntamente con un condensador, la tensión de la bobina alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador variable. GRÁFICO # 10 Bobinas.
PILA (Acumulador, Batería) Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica. Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila. GRÁFICO # 11 Pila-acumulador-batería.
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FUSIBLE Dispositivo de seguridad utilizado para proteger un circuito eléctrico de un exceso de corriente. Su componente esencial es, habitualmente, un hilo o una banda de metal que se derrite a una determinada temperatura. El fusible está diseñado para que la banda de metal pueda colocarse fácilmente en el circuito eléctrico. Si la corriente del circuito excede un valor predeterminado, el metal fusible se derrite y se rompe o abre el circuito. Los dispositivos utilizados para detonar explosivos también se llaman fusibles. Un fusible cilíndrico está formado por una banda de metal fusible encerrada en un cilindro de cerámica o de fibra.
Unos bornes de metal ajustados a los extremos del fusible hacen contacto con la banda de metal. Este tipo de fusible se coloca en un circuito eléctrico de modo que la corriente fluya a través de la banda metálica para que el circuito se complete. Si se da un exceso de corriente en el circuito, la conexión de metal se calienta hasta su punto de fusión y se rompe. Esto abre el circuito, detiene el paso de la corriente y, de ese modo, protege al circuito. GRÁFICO # 12 Fusibles
RELÉ Conmutador eléctrico especializado que permite controlar un dispositivo de gran potencia mediante un dispositivo de potencia mucho menor. Un relé está formado por un electroimán y unos contactos conmutadores mecánicos que son impulsados por el electroimán. Éste requiere una corriente de sólo unos cientos de miliamperios generada por una tensión de sólo unos voltios, mientras que los contactos pueden estar sometidos a una tensión de cientos de voltios y soportar el paso de decenas de amperios. Por tanto, el conmutador permite que una corriente y tensión pequeñas controlen una corriente y tensión mayores. Técnicamente un relé es un aparato electromecánico capaz de accionar uno o varios interruptores cuando es excitado por una corriente eléctrica. GRÁFICO # 13 Relés
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Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores". De ahí "relé".
GRÁFICO # 14 Diferentes tipos de relés
GRÁFICO # 15 Partes de un relé de armaduras
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TRANSISTORES Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones. GRÁFICO # 16 Transistores y encapsulados
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CIRCUITOS INTEGRADOS “La mayoría de los circuitos integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores. La fotolitografía permite al diseñador crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricación, estas regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales”. GRÁFICO # 17 Símbolo Circuito integrado
1.3.11 TRANSFORMADOR O FUENTE Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas.
Es un dispositivo para variar el voltaje de una corriente alterna. Los transformadores no tienen partes móviles y operan por la corriente en una bobina.
PROTOBOAR Es un tablero donde se colocan los elementos electrónicos para su prueba y tipo de funcionamiento. Está estructurado internamente por filas y columnas, donde los buses son los que llevan la energía en el protoboar y las filas son donde se incrustan los elementos, las filas y buses están separados del protoboar por el aislamiento del mismo.
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INTERRUPTOR O SWITCH Es un elemento que se utiliza para abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica.
PIN En electrónica se denomina pin, palabra inglesa que significa clavija, terminal o patilla a cada uno de los contactos metálicos de un conector o de un componente fabricado de un material conductor de la electricidad. Estos se utilizan para conectar componentes sin necesidad de soldar nada, de esta manera se logra transferir electricidad e información. Para determinar la misión de cada uno de los pines de un dispositivo, se deberán consultar sus respectivas hojas de datos o datasheet. GRÁFICO # 18 Diferentes Pines para cableado
DIODOS LED Los diodos emisores de luz visible son utilizados en grandes cantidades como indicadores piloto, dispositivos de presentación numérica y dispositivos de presentación de barras, tanto para aplicaciones domésticas como para equipos industriales, esto es debido a sus grandes ventajas que son: peso y espacio insignificantes, precio moderado, y en cierta medida una pequeña inercia, que permite visualizar no solamente dos estados lógicos sino también fenómenos cuyas características varían progresivamente. Sus siglas provienen del Ingles (Light Emitting Diode): Led. Como otros dispositivos de presentación, los Leds pueden proporcionar luz en color rojo, verde y azul.
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MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. GRÁFICO # 20 Motor de corriente continúa
Están formados generalmente por las siguientes partes: • Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación. • Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético. • Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. • Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido. Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.
FUNCIONAMIENTO Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es: 16
Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valor Esa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas. El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina. Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem. Inducida EB que va en sentido contrario a la Fem. Introducida por la fuente, e.g, una batería.
Esto nos da como resultado un valor de intensidad resultante: Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente esta detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad retórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Esta resistencia se calcula para que el motor de el par nominal en el arranque.
En ciertas condiciones de trabajo, un motor de corriente continua puede ser arrastrado por la carga y entonces funciona como generador. Esto es, el motor absorbe energía cinética de masa giratoria, de manera que la corriente circula ahora en sentido inverso, pues no la suministra la línea, sino que es devuelta a ella, por la Fem. Mayor del motor funcionando como generador. Esto reduce la velocidad del motor, teniéndose así un método de frenado. Se puede tener frenado regenerativo cuando la energía retorna a la línea o frenado dinámico cuando la energía se disipa en una resistencia.
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LAS PRINCIPALES APLICACIONES DEL MOTOR CC • Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres. • Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor. • Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación. • Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades. • Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles. • Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes • El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna).
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE UN MOTOR CC EN BASE A UN CIRCUITO INTEGRADO 555. GRÁFICO # 21 Esquemático del circuito a implementarse
FUNCIONAMIENTO Básicamente, hay tres maneras de variar la velocidad de los motores de corriente continua: Empleando un sistema reductor mecánico. Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea eléctrico, de explosión u otro) necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la máquina Empleando un divisor de voltaje. Medir la corriente consumida por el motor y calcular el valor de la resistencia serie necesaria para reducir la tensión aplicada al motor. Una menor tensión significa que el motor girará más lentamente. El problema con este método es que la corriente que consume el motor aumenta. Una mayor corriente significa una mayor caída de tensión en la resistencia serie y, por tanto, aún menos tensión aplicada al motor. Entonces, el motor trata de consumir más corriente, lo que da como resultado la detención del motor por falta de tensión. Aplicando la alimentación al motor durante un tiempo variable. Eliminando así el efecto de la caída de tensión. Éste es el método empleado en este montaje. 19
COMO FUNCIONA El circuito de la figura 21 emplea un oscilador conectado como modulador de anchura de impulsos. El circuito integrado que se utiliza es un temporizador/oscilador NE555. Está configurado como oscilador astable. La frecuencia de salida de los impulsos de disparo viene dada por: f = 1,44/((R3 + 2R4)C2), o sea, 410 kHz aproximadamente. El período de tiempo para la salida alta viene dado por: TALTO = 0,69(R3 +R4)C2 segundos. Y el de la salida baja por: TBAJO = 0,69R4C2 segundos. Es disparado por el tren de impulsos continuo procedente del 555. Sin embargo, aplicando también una tensión de c.c. a la patilla 3 del comparador, los niveles de referencia se podrán cambiar de sus valores nominales de un tercio y dos tercios de la tensión de alimentación. Esto tiene como efecto modular la anchura de los impulsos al variar la tensión de control. La tensión de control se aplica a través del transistor Q1, que está configurado como seguidor de emisor. Esto significa que la tensión de salida de emisor sigue la tensión de entrada de base (menos los 0,6 V de caída base-emisor). Esta configuración proporciona una fuente de tensión de salida de baja impedancia que se aplica a la entrada de control del temporizador, lo cual hace que la tensión de control sea menos susceptible al efecto de la carga en la entrada de control del temporizador. El tiempo máximo de activación del impulso de salida y, por tanto, la máxima velocidad del motor, puede ajustarse variando el valor de la resistencia R3. Aumentando su valor se reduce la máxima velocidad del Motor. Si se desea, R3 puede sustituirse por un puente.
EL CIRCUITO INTEGRADO 555 El 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de sí dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de cómo se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran número de funciones tales como la del multivibrador estable y la del circuito monoestable.
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El 555 tiene diversas aplicaciones, como: Control de sistemas secuenciales, divisor de frecuencias, modulación por ancho de pulso, generación de tiempos de retraso, repetición de pulsos, etc. GRÁFICO # 22 Circuito integrado
555
FUNCIONAMIENTO: Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales 8 (+Vcc) y 1(GND) tierra; el valor de la fuente de esta, va desde 5 V hasta 15 V de corriente continua, la misma fuente exterior se conecta a un circuito pasivo RC exterior, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que está en función del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal 2 (TRIGGER) que es la entrada de un comparador. La terminal 6 (THRESHOLD) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de disparo. La terminal 5(CONTROL VOLTAGE) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal 7 (DISCHARGE), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor (PNP) T2. Se dispone de la base de T2 en la terminal 4 (RESET) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee. La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al circuito de 21
tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra es de 200 mA. La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en la terminal 6 el nivel de tensión sea más pequeño que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea más grande que el nivel de tensión contra el Que se compara la entrada Set del FF-SR no se activará.
CIRCUITO ESTABLE BÁSICO Si se usa en este modo el circuito su principal característica es una forma de onda rectangular a la salida, en la cual el ancho de la onda puede ser manejado con los valores de ciertos elementos en el diseño. Para esto debemos aplicar las siguientes formulas: TA = 0.693 (R1+R2) C1
TB = 0.693 (R2*C1)
Donde TA es el tiempo del nivel alto de la señal y TB es el tiempo del nivel bajo de la señal. Estos tiempos dependen de los valores de R1 y R2. Recordemos que el periodo es = 1/f. La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula: f = 1/(0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)) GRÁFICO # 23
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Circuito estable básico
Fuente: Ladelec.com GRÁFICO # 24 Salida del oscilador estable
Fuente: Ladelec.com
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CIRCUITO MONOESTABLE En este caso el timmer 555 en su modo monoestable funcionará como un circuito de un tiro. Dentro del 555 hay un transistor que mantiene a C1 descargado inicialmente. Cuando un pulso negativo de disparo se aplica a terminal 2, el flip-flop interno se setea, lo que quita el corto de C1 y esto causa una salida alta (un high) en el terminal 3 (el terminal de salida). La salida a través del capacitor aumenta exponencialmente con la constante de tiempo t=R1C1
Cuando el voltaje a través de C1 iguala dos tercios de Vcc el comparador interno del 555 se resetea el flip-flop, que entonces descarga el capacitor C1 rápidamente y lleva al terminal de salida a su estado bajo (low). El circuito e activado con un impulso de entrada que va en dirección negativa cuando el nivel llega a un tercio de Vcc. Una vez disparado, el circuito permanece en ese estado hasta que pasa el tiempo de seteo, aun si se vuelve a disparar el circuito.
La duración del estado alto (high) es dada por la ecuación: T=1.1(R1C1) El intervalo es independiente del voltaje de Vcc. Cuando el terminal reset no se usa, debe atarse alto para evitar disparos espontáneos o falsos”.
GRÁFICO # 25 Circuito monoestable
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GRÁFICO # 26 Configuración monoestable
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Control de velocidad PWM para motor de CC Este circuito permite alterar la velocidad desde detenido hasta el máximo posible del motor por medio de un potenciómetro. Gracias a que funciona por modulación de ancho de pulso la fuerza del motor se ve poco afectada incluso a velocidades mínimas.
El circuito se basa en un integrado NE555 el cual genera el tren de impulsos necesario para controlar el transistor, el cual acciona por pulsos el motor de continua. El diodo en paralelo con el motor impide que, cuando se quita la corriente, el transistor se queme. Los componentes entre los terminales 2, 6 y 7 del integrado regulan la frecuencia de oscilación del circuito y, por ende, la velocidad del motor. El transistor, con un buen disipador de calor, puede manejar hasta 75W de potencia. La velocidad de un motor de corriente continua depende del valor medio de la tensión aplicada en sus extremos. el sistema mas utilizado para controlar la velocidad de un motor DC es mediante la modulación por ancho de pulso PWM de una señal cuadrada TTL, bajo el control PWM el motor gira a una velocidad determinada por la media del nivel de la señal cuadrada.
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Modulación por ancho de pulso (PWM) Modulación por ancho de pulso (PWM) (pulse width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo (D) de una s eñal periódica (una sinusoidal o cuadrada), 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. D
T
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.
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.
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IMÁGENES DEL PROYECTO
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