08 Variador de Velocidad

8/17/2019 08 Variador de Velocidad

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

CONTROL DE VELOCIDAD CON CONTROL PWM. MOTORES AC Y DC

Este documento impreso se considera COPIA NO CONTROLADA Versión 1.0

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VARIACIÓN DEL ANGULO DE DISPARO USANDO PWM.

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA.

Detector de Crucepor cero

Generador derampa

ComparadorReferencia ó

Set Point Aislamiento

Etapa de potencia

Carga

Figura 1. Diagrama de bloques.

DETECTOR DE CRUCE POR CERO.

Para poder detectar el cruce por cero de la señal de la línea de 120Vac a 60Hz se tiene un circuito sencillo basado

en un transformador que reduce la señal de 120VAC a 12VAC. Se rectifica la señal usando un puente de diodos y

se lleva a un amplificador operacional funcionando como comparador. Éste compara la onda con un valor

comprendido entre 0 y 1V que es generado por el potenciómetro de 100KΩ. Así cuando la señal de 12VAC sea

menor que el voltaje proporcionado a partir del potenciómetro, el amplificador operacional producirá un pulso ysu amplitud será igual al tiempo en que dura el cruce por cero.

Figura 2. Detector de cruce por ceroGENERADOR DE RAMPA:

La señal de rampa es generada por la carga lineal del capacitor C1 de 1uF. Esto se consigue estabilizando, con un

diodo zener, el voltaje y por consiguiente la corriente de la base del transistor Q1 (2N3906). Así la corriente de


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emisor queda también estabilizada y el capacitor se ve obligado a cargarse a la misma velocidad siempre, que se

ajusta con el potenciómetro Re1 situado en el emisor de este transistor. Con el pulso del cruce por cero

resultante de la comparación de la onda sin estabilizar con un valor próximo a cero, conseguimos hacer el corte a

la carga en el punto deseado haciendo que el capacitor se descargue inmediatamente generando así la señal de

rampa.

Figura 3. Generador de rampa

La corriente de emisor viene dada por:

CC RE BE Z

CC E E Z

CC Z

E

E

-V + V + V + V = 0

-V + I ×R + 0.7V + V = 0

V - 0.7 - V

I = R

Como Ic es aproximadamente igual a Ie; esta sería la corriente que carga el condensador linealmente. El voltaje

del condensador en función del tiempo, cuando se está cargando con una corriente constante es:

C

1V = I×t

C

Con el valor de la corriente y el tiempo de carga se puede calcular que valor del voltaje que alcanza el

condensador. Cuanto mayor sea la corriente, mayor es la pendiente de la rampa, y viceversa.

El condensador se cargara como máximo al voltaje de la fuente; en este punto, el transistor entra en estado de

corte y cesa la corriente por el colector.

VOLTAJE DE REFERENCIA O SET POINT:

Este circuito nos permite fijar el punto de trabajo de la carga a controlar entregando un voltaje de componente

DC que se obtiene a partir de una fuente de 15V y un divisor de voltaje sencillo entre la resistencia R2 y el

potenciómetro R3, el diodo ubicado entre la tercera terminal del potenciómetro y la conexión a tierra se encarga

de proporcionarnos un voltaje de 0.6 voltios cuando el potenciómetro esté en su rango máximo y de este modo

mantener el circuito en funcionamiento. Este voltaje de referencia lo enviamos a la etapa comparadora del


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sistema. El rango del voltaje de referencia, debe estar entre el voltaje mínimo y máximo de la rampa; para

obtener una variación del PWM entre el 0 y 100%. (Figura 4)

Figura 4. Set Point y Comparador (PWM)

CIRCUITO COMPARADOR:

Este circuito, como su nombre lo dice, se encarga de comparar las dos señales provenientes de las etapas

anteriores, en nuestro caso, el voltaje de referencia y la señal de rampa. Al variar el voltaje de referencia sobre la

señal de rampa vamos a obtener en la salida del comparador una señal de onda cuadrada con un ancho de pulso

de acuerdo al voltaje de referencia establecido en la entrada del comparador. Esta variación nos permite ajustar

el punto de trabajo de la carga, es decir, nos permite hacer modulación de ancho de pulso (PWM).

AISLAMIENTO Y ETAPA DE POTENCIA:

Esta etapa permite aislar el circuito de control del circuito de potencia. Los pulsos generados por el comparador

(PWM) no pueden ser conectados directamente a la puerta del SCR ó Triac. Esto se debe a que tienen

diferentes referencias de voltajes; además el circuito de control trabaja en DC y el circuito de potencia en AC.

Para acoplar los pulsos del comparador, se debe hace de dos formas, la primera empleando un transformador de

pulsos y la segunda usando un optoacoplador.

En el circuito de la figura 5a, los pulsos del PWM activan el diodo led del optoacoplador y por consiguiente al

triac; éste a su vez activa el triac de potencia el cual controla la carga. Cuando la carga es inductiva (ej motor), sedebe adicionar la resistencia de 2.4K y el condensador de 0.1µF. Cuando la carga es resistiva (ej bombillo), la

resistencia de 2.4K y el condensador no se colocan. el condensador debe ser no polarizado y las resistencias de

1W.


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a)

b)

Figura 5. Etapa de aislamiento y potencia.En la figura 5b, los pulsos del PWM son acoplados a la etapa de potencia a través de un transformador de pulsos.

Éste dispositivo es un transformador de baja potencia que puede operar a frecuencias altas y además su relación

de transformación es de 1:1.El núcleo de estos transformadores es de ferrita.

La señal del comparador activa el transistor 2N3904 y este a su vez el hace circular corriente por el devanado

primario, e induce un voltaje en el secundario de igual magnitud. Para que los pulsos del PWM puedan acoplarse

en la puerta del SCR o tiristor, se deben modular con una frecuencia mayor a 60HZ; esto se puede hacer con un

oscilador con UJT o un LM555.

En la figura 6 se muestra el circuito completo para variar el ángulo de disparo con PWM.

Tomado con fines educativos de:Electrónica Industrial Moderna de Timothy Maloney 5ed. Prentice Hall.

Electrónica Industrial. Humberto Loaiza. Universidad del Valle.

Desarrollador por:

Ricardo Jaime Murillo Osorio

Andrey Julián Rentería Scarpetta


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Figura

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