PROYECTO DE CONTROL CON PROYECTO DE CONTROL CON MICROPROCESADORESMICROPROCESADORES

CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFÁSICO DE UN MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN EMPLEANDO LA INDUCCIÓN EMPLEANDO LA

TÉCNICA DE CONTROL SPWM.TÉCNICA DE CONTROL SPWM.•Dalton Celi•Johnny Chica•Mauricio Ortíz•Evelyn Paredes•David Quispe•Henry Toscano

OBJETIVOOBJETIVO

Diseñar e implementar un controlador de Diseñar e implementar un controlador de velocidad de un motor monofásico de velocidad de un motor monofásico de inducción empleando la técnica de control inducción empleando la técnica de control SPWM de 2 o 3 niveles variando la velocidad SPWM de 2 o 3 niveles variando la velocidad del motor entre el 50% y el 100% de su del motor entre el 50% y el 100% de su valor nominal.valor nominal.

RESUMENRESUMEN

En este proyecto se presenta el control de un En este proyecto se presenta el control de un motor monofásico de inducción mediante la motor monofásico de inducción mediante la técnica SPWM de 2 y 3 niveles; para lo cual técnica SPWM de 2 y 3 niveles; para lo cual se desarrollarlo una parte de control y una se desarrollarlo una parte de control y una de potencia.de potencia.

La parte de potencia consta de un inversor La parte de potencia consta de un inversor monofásico DC/AC tipo puente, tres fuentes monofásico DC/AC tipo puente, tres fuentes de 12 VDC para polarizar los optotransistores de 12 VDC para polarizar los optotransistores NPN PC817; una fuente de 5 VDC para NPN PC817; una fuente de 5 VDC para polarizar el microcontrolador ATmega 16; y polarizar el microcontrolador ATmega 16; y una fuente de 100 VDC para el motor.una fuente de 100 VDC para el motor.

El control se realiza con el microcontrolador El control se realiza con el microcontrolador ATmega 16 con el cual se genera las ondas ATmega 16 con el cual se genera las ondas SPWM y se varía la velocidad del motor en SPWM y se varía la velocidad del motor en un rango del 50% al 100%.un rango del 50% al 100%.

FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEORICOTEORICO

Inversores monofásicos en Inversores monofásicos en puentepuente

MODULACIÓN SENOIDAL DE MODULACIÓN SENOIDAL DE ANCHO DE PULSO (SPWM)ANCHO DE PULSO (SPWM)

2 niveles2 niveles

a) Comparación; b) señal S1,S2; b) c) señal S3, S4

El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo y negativo (2 niveles):

3 niveles3 niveles

a)Comparación, b) SPWM para S1 y S3, b)c) Señal para S2, d) Señal para S4

El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo, cero y negativo:

MOTOR MONOFÁSICO DE MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓNINDUCCIÓN

Características:Características: TIPO DE MOTOR:MOTOR MONOFÁSICO TIPO DE MOTOR:MOTOR MONOFÁSICO

DE INDUCCIÓNDE INDUCCIÓN MARCA:TOSHIBAMARCA:TOSHIBA VOLTAJE NOMINAL:100VacVOLTAJE NOMINAL:100Vac FRECUENCIA:60 HzFRECUENCIA:60 Hz CORRIENTE:0.5 ACORRIENTE:0.5 A POTENCIA:45WPOTENCIA:45W VELOCIDAD:238.7rpmVELOCIDAD:238.7rpm

CRITERIOS DE DISEÑOCRITERIOS DE DISEÑO MOSFETSMOSFETS

Voltaje Drenaje Fuente VDS 500 VVoltaje Drenaje Compuerta(RGS= 20kΩ)… VDGR=500 VCorriente continua de drenaje ID=4.5 AVoltaje Compuerta Fuente VGS=20 VMaxima Potencia de Disipación PD=75 WTiempo de retardo de encendido to(on)=17 nsTiempo de retardo de apagado to(off)=53 nsTiempo de subida Tr=23 nsTiempo de bajada Tf=23 ns

IRF830

DIODOSDIODOS

1n40071n4007 Voltaje pico inverso (VPI) de -110 VVoltaje pico inverso (VPI) de -110 V

FUENTESFUENTES

Se utilizó tres fuentes aisladas para el Se utilizó tres fuentes aisladas para el activado de los MOSFET, una para cada activado de los MOSFET, una para cada optotransistor de la parte superior del optotransistor de la parte superior del inversor y la ultima fuente para los tiristores inversor y la ultima fuente para los tiristores conectados en la parte inferior.conectados en la parte inferior.

REGULADORESREGULADORES

Se utilizó reguladores de voltaje de la familia Se utilizó reguladores de voltaje de la familia LM78xx los cuales entregan una corriente máxima LM78xx los cuales entregan una corriente máxima de 1 A.de 1 A. Poseen protección contra sobrecargas térmicas y Poseen protección contra sobrecargas térmicas y contra cortocircuitos, que desconectan el regulador contra cortocircuitos, que desconectan el regulador en en caso de que su temperatura de juntura supere los caso de que su temperatura de juntura supere los 125°C.125°C.

DISEÑO DEL SOFTWARE DE DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROLCONTROL

MICROCONTROLADOR ATMEGA 16MICROCONTROLADOR ATMEGA 16 Características:Características:Voltajes de operación……4,5 a 5,5 VdcVoltajes de operación……4,5 a 5,5 Vdc Frecuencia de trabajo…….0 a 16 MHzFrecuencia de trabajo…….0 a 16 MHz Memoria flash……………..16KbMemoria flash……………..16Kb Microprocesador………….8bitsMicroprocesador………….8bits Memoria SRAM……………1KbMemoria SRAM……………1Kb Memoria EEPROM………..512BytesMemoria EEPROM………..512Bytes Interfaz JTAGInterfaz JTAG 2 Timers/Contadores (8bits)2 Timers/Contadores (8bits) 1 Timer (16bits)1 Timer (16bits) 8 Canales ADC8 Canales ADC I2C Interfaz SerialI2C Interfaz Serial

PROGRAMA DE CONTROLPROGRAMA DE CONTROL El programa de control que se realizó para El programa de control que se realizó para

este proyecto se lo ha trabajado en el este proyecto se lo ha trabajado en el lenguaje BASIC de programación para el lenguaje BASIC de programación para el microprocesador ATmega16 con su microprocesador ATmega16 con su programa BASCOM-AVR.programa BASCOM-AVR.

Se ha dividido el trabajo de programación en Se ha dividido el trabajo de programación en diferentes partes importantes para la diferentes partes importantes para la optimización del programa y además para optimización del programa y además para poder variar el programa si se desea ampliar poder variar el programa si se desea ampliar los beneficios del mismo.los beneficios del mismo.

PROGRAMA DE CONTROLPROGRAMA DE CONTROL

CONFIGURACIÓN INICIALCONFIGURACIÓN INICIAL INTERRUPCIONESINTERRUPCIONES TABLAS DE FORMAS DE ONDATABLAS DE FORMAS DE ONDA CASO 1: SPWM DOS NIVELESCASO 1: SPWM DOS NIVELES CASO 2: SPWM TRES NIVELESCASO 2: SPWM TRES NIVELES

Circuito de ControlCircuito de Control

grados radianes seno respues1 seno trian

0 0 0 95,25 95 127 127

1 0,01745329 0,01745241 96,9123417 96 141,22222 141

2 0,03490659 0,0348995 98,5741771 98 155,44444 155

3 0,05235988 0,05233596 100,235 100 169,66666 169

4 0,06981317 0,06975647 101,894304 101 183,88888 183

5 0,08726646 0,08715574 103,551584 103 198,1111 198

6 0,10471976 0,10452846 105,206336 105 212,33332 212

7 0,12217305 0,12186934 106,858055 106 226,55554 226

8 0,13962634 0,1391731 108,506238 108 240,77776 240

9 0,15707963 0,15643447 110,150383 110 254,99998 254

10 0,17453293 0,17364818 111,789989 111 240,83334 240

11 0,19198622 0,190809 113,424557 113 226,666674 226

12 0,20943951 0,20791169 115,053589 115 212,500008 212

13 0,2268928 0,22495105 116,676588 116 198,333342 198

14 0,2443461 0,2419219 118,293061 118 184,166676 184

15 0,26179939 0,25881905 119,902514 119 170,00001 170

16 0,27925268 0,27563736 121,504458 121 155,833344 155

17 0,29670597 0,2923717 123,098405 123 141,666678 141

18 0,31415927 0,30901699 124,683869 124 127,500012 127

19 0,33161256 0,32556815 126,260367 126 113,333346 113

20 0,34906585 0,34202014 127,827419 127 99,16668 99

21 0,36651914 0,35836795 129,384547 129 85,000014 85

22 0,38397244 0,37460659 130,931278 130 70,833348 70

DIAGRAMA DE FLUJODIAGRAMA DE FLUJO

PROBLEMAS CON EL PROYECTOPROBLEMAS CON EL PROYECTO

TABLAS DE ONDAS TRIANGULAR Y TABLAS DE ONDAS TRIANGULAR Y SINUSOIDAL SINUSOIDAL

FRECUENCIA DEL SPWMFRECUENCIA DEL SPWM TIEMPOS MUERTOSTIEMPOS MUERTOS ARRANQUE DEL MOTORARRANQUE DEL MOTOR DISIPADORES DE CALORDISIPADORES DE CALOR

CONCLUSIONES Y CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

Es recomendable para el buen Es recomendable para el buen funcionamiento del motor realizar una rampa funcionamiento del motor realizar una rampa de aceleración, ya que se debe vencer el de aceleración, ya que se debe vencer el torque de inercia en el arranque del motor.torque de inercia en el arranque del motor.

En la parte del programa de control se optó En la parte del programa de control se optó por realizar tablas de las señales triangular y por realizar tablas de las señales triangular y sinusoidal con una relación de 10 a 1 para la sinusoidal con una relación de 10 a 1 para la comparación y la obtención de la señal comparación y la obtención de la señal SPWM. SPWM.

CONCLUSIONES Y CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

Se realizó una conversión de voltaje AC/DC Se realizó una conversión de voltaje AC/DC de 60Hz a una DC/AC de diferente de 60Hz a una DC/AC de diferente frecuencia.frecuencia.

La polarización de los optotransistores se la La polarización de los optotransistores se la puede realizar mediante drivers IR2102 el puede realizar mediante drivers IR2102 el cual provee de dos señales de polarización cual provee de dos señales de polarización con tierras diferentes, pero debido a que con tierras diferentes, pero debido a que éstos son muy sensibles a cortocircuitos no éstos son muy sensibles a cortocircuitos no se los utilizó en el proyecto.se los utilizó en el proyecto.

CONCLUSIONES Y CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

El perjuicio es que introducimos armónicos El perjuicio es que introducimos armónicos en la red ya que estamos obteniendo ondas en la red ya que estamos obteniendo ondas senoidales basándonos en modulación de senoidales basándonos en modulación de anchos de pulso con corriente continuaanchos de pulso con corriente continua

Se debe tomar en cuenta que la Se debe tomar en cuenta que la implementación de una protección adicional implementación de una protección adicional contra cortocircuito es necesaria debido a contra cortocircuito es necesaria debido a que los mosfets son muy sensibles a esto.que los mosfets son muy sensibles a esto.

CONCLUSIONES Y CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

La diferencia de usar la técnica de modulación La diferencia de usar la técnica de modulación de dos y tres niveles es que en la de tres se de dos y tres niveles es que en la de tres se obtiene mayor potencia activa en la carga, con obtiene mayor potencia activa en la carga, con lo cual tenemos un mejor rendimiento en el lo cual tenemos un mejor rendimiento en el motor.motor.

La desventaja de usar los conversores AC/DC y La desventaja de usar los conversores AC/DC y DC/AC es que el motor tiene un voltaje nominal DC/AC es que el motor tiene un voltaje nominal de 110V pero al rectificarle en la carga no de 110V pero al rectificarle en la carga no podemos tener el mismo voltaje sino es menor podemos tener el mismo voltaje sino es menor y perjudica a la potencia de salida.y perjudica a la potencia de salida.