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CAPITULO V
RESULTADOS DEL PROYECTO
Con el desarrollo del presente capitulo se muestran los resultados obtenidos delas diferentes observaciones realizadas a las variables de estudio del sistema de control
de los motores AC y DC, dichas observaciones se llevaron a cabo mediante el uso de
instrumentos que nos permitieron medir y con ello analizar el comportamiento del
sistema de control bajo diferentes regmenes de trabajo.
5.1. Tiempo de reaccin del sistema de control al encender, apagar y variar la
velocidad del motor AC
Medir el tiempo de reaccin en el sistema de control de motores es importante ya
que a travs de este acto se conoce que tan rpido se realiza la comunicacin entre los
diferentes elementos que lo componen. Los tiempos de demora que transcurren a partir
del envi de las seales de control desde la aplicacin Android (orden enviada por el
usuario), hasta llegar al motor AC para el control del encendido, apagado y cambio de
velocidad del mismo pueden ser apreciadas a travs de la Tabla 16.
Para cada caso se tomaron tres mediciones a travs de la utilizacin de un
cronometro; con las cuales se calcul el promedio de la accin del sistema, utilizando la
siguiente ecuacin:
=+++
(8)
En el encendido, en las diferentes mediciones se registraron tiempos menores a
los tres segundos, tiempo aceptable que permite una rpida accin a la vista del usuario.
En cuanto al tiempo de apagado, estos fueron menores a un segundo en todas
las mediciones realizadas; contando as con una excelente respuesta del sistema para
esta accin.
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Para el caso de las diferentes variaciones de velocidad, la respuesta del sistema
se realiza de forma inmediata, ya que tal peticin no pudo ser obtenida a travs del
instrumento utilizado.
Es importante destacar que la diferencia en tiempo entre las acciones deencendido y apagado se debe a razones programticas, ya que la Placa Arduino UNO
toma mucho ms tiempo para la creacin de las respectivas seales de control que
ocurre en el encendido que para generar la orden de apagado en ambos motores.
Tabla 16. Tiempos en segundos de encendido y apagado del motor AC.
Medicin #1 Medicin #2 Medicin #3 Promedio
Tiempo
Encendido
2.48 2.31 2.34 2.3767
TiempoApagado 0.78 0.67 0.67 0.7067
Tiempo deVariacin de
VelocidadNo medible con cronometro
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.2. Tiempo de reaccin del sistema de control al encender, apagar y variar la
velocidad del motor DC.
Los tiempos observados en las respectivas mediciones de encendido, pagado y
variacin de velocidad del motor DC fueron imperceptibles para el instrumento de
medicin utilizado por su corta duracin, por lo tanto se toman como tiempos inmediatos,
en otras palabras la placa Arduino UNO no necesita de mucho tiempo para generar la
seal de control del motor DC, de igual manera ocurre para generar la orden de
apagado y sus respectivas seales de variacin de velocidad.
5.3. Variacin de la frecuencia de las seales de salidas SPWM para el control delmotor AC.
Tomando como referencia la ecuacin 9 la variacin en la velocidad del motor
AC es directamente proporcional a la variacin de la frecuencia del mismo; en torno a
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esto; el mtodo SPWM es el encargado de dicha variacin como se ha mencionado en
captulos anteriores.
=
(9)
Cuando el usuario enciende el motor (desde la aplicacin en el mvil); este
comienza su movimiento con una frecuencia al 100%, es decir, el motor AC trabaja a
frecuencia nominal; obteniendo se como resultado tres seales de control SPWM,
donde a travs de la Figura 40 se muestran las seales correspondiente a las fases
encargadas del control del motor a la salida de la electrnica de potencia.
Figura 40. Seales de encendido SPWM para el control del motor AC.Fase A, B y C correspondientes a las seales superior, central e inferior respectivamente.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
Luego del encendido del motor y con la utilizacin de un osciloscopio se realizanlas mediciones de frecuencia para las diferentes velocidades, a travs de la delimitacin
en los tiempos de la seal, es decir acotando el perodo de esta. Para cada caso se
realizaron tres mediciones diferentes de frecuencia las cuales se usaron para calcular
un promedio de la frecuencia obtenida de la seal SPWM proveniente del Arduino
Esclavo, para luego comparar el valor promedio con la frecuencia deseada.
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Cabe destacar que para el siguiente anlisis de frecuencias se mostrarn los
procedimientos necesarios para la obtencin de las mediciones correspondientes a la
fase A, ya que la obtencin de datos de las fases restantes se realiza de forma similar.
5.3.1. Seales del sistema de control de velocidad al 30%
En el caso de que el control de velocidad se realice al 30%; la seal de salida de
la electrnica de potencia presenta la forma mostrada en la Figura 41. Para estas
condiciones; la frecuencia de alimentacin deseada para el motor AC debe serde18 Hz
(30% de la frecuencia nominal). Utilizando el osciloscopio se delimito el periodo de la
seal ya que de esta manera dicho instrumento capta el valor de la frecuencia. Donde
los valores obtenidos a partir de las mediciones realizadas son expuestos en la Tabla
17.
Figura 41. Seal de control SPWM para motor ACcorrespondiente a la fase A al 30% de velocidad con su perodo
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
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Tabla 17. Mediciones correspondientes a la frecuenciaDe las seales SPWM al 30% de la frecuencia nominal.
Frecuencia de control al 30%
Fases FrecuenciaNominal
(Hz)
Medicin defrecuencia (Hz)
#1
Medicin defrecuencia (Hz)
#2
Medicin defrecuencia (Hz)
#3
Promedio %Error
Fase A 18 16.89 16.89 16.89 16.8900 6.1667Fase B 16.89 16.45 16.89 16.7433 6.9817Fase C 16.34 16.45 16.78 16.5233 8.2039
Fuente: Alarcn, Parra, 2014
La comparacin entre el promedio de la frecuencia obtenida de las tres
mediciones y la frecuencia deseada produce un error del 6.1667% para la fase A, de
6.9817% para la fase B y de 8.2039% para la fase C; como consecuencia de los
diferentes procesos del sistema de control que influyen en la creacin de dichas
seales entre los cuales se pueden mencionar: los tiempos de procesamiento internoen las placas Arduino UNO en cuanto a la configuracin de los TIMERS, la conmutacin
por parte de los MOSFET en la etapa de electrnica de potencia, los retardos en el
sistema de comunicacin y los errores por parte del operador a la hora de la medicin.
Es importante destacar que tales factores de retraso afectan de forma similar a los otros
casos de variacin de velocidad.
Dichos porcentajes de error al ser menores del 10%, se pueden tomar como
aceptables ya que los valores de frecuencia medidos para la manipulacin de la
velocidad del motor al 30% son muy cercanos al valor deseado.
5.3.2. Seales del sistema de control de velocidad al 50%
A una velocidad del 50% se obtiene la seal de control SPWM provista en la
Figura 42. Las mediciones obtenidas mostradas en la Tabla 18 corresponden a los
valores de frecuencia medidos de las seales de control, a partir de estos se obtiene elpromedio de la frecuencia medida y se compara con el valor de la frecuencia deseada
la cual es 30Hz. Como resultado de esta comparacin se tiene un porcentaje de error
del 5.4110% para la fase A, de 8.4333% para la fase B y de 7.6890% para la fase C;
siendo este en todas las fases menores al 10% y por lo tanto aceptables.
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Tabla 18. Mediciones correspondientes a la frecuencia de las seales SPWMal 50% de la frecuencia nominal.
Frecuencia de control al 50%
Fases FrecuenciaNominal
(Hz)
Medicin defrecuencia (Hz)
#1
Medicin defrecuencia (Hz)
#2
Medicin defrecuencia (Hz)
#3
Promedio %Error
Fase A 30 27.47 27.17 30.49 28.3767 5.4110Fase B 27.47 27.47 27.47 27.4700 8.4333Fase C 27.17 27.17 28.74 27.6933 7.6890
Fuente: Alarcn, Parra, 2014
Figura 42. Seal de control SPWM para motor AC correspondiente a la fase A al 50% de velocidad.Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.3.3. Seales del sistema de control de velocidad al 70%
Con una variacin de velocidad al 70% se obtiene la seal de control SPWM
mostrada en la Figura 43. Las mediciones obtenidas presentadas a travs dela Tabla
19 corresponden a los valores de frecuencia medidos de las seales de control, a partir
de estos se calcula el promedio de la frecuencia medida y se compara con el valor de la
frecuencia deseada la cual es 42Hz. Los resultados arrojados de esta comparacin son:
un porcentaje de error del 3.7460% para la fase A, de 2.9524% para la fase B y de
4.000% para la fase C; como el porcentaje de error para las tres fases es menor al 10%
se toman aceptables dichas mediciones.
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Tabla 19. Mediciones correspondientes a la frecuencia de las seales SPWMal 70% de la frecuencia nominal.
Frecuencia de control al 70%
Fases FrecuenciaNominal
(Hz)
Medicin defrecuencia (Hz)
#1
Medicin defrecuencia (Hz)
#2
Medicin defrecuencia (Hz)
#3
Promedio %Error
Fase A 42 40.32 40.48 40.48 40.4267 3.7460Fase B 40.98 40.98 40.32 40.7600 2.9524Fase C 40.32 40.32 40.32 40.3200 4.000
Fuente: Alarcn, Parra, 2014
Figura 43. Seal de control SPWM para motor ACcorrespondiente a la fase A al 70% de velocidad.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.3.4. Seales del sistema de control de velocidad al 90%
Con una velocidad al 90% se obtiene la seal de control SPWM mostrada en la
Figura 44. Las mediciones obtenidas son expuestas a travs de la Tabla 20. Estas
corresponden a los valores de frecuencia medidos de las seales de control, a partir deestas se calcula el promedio de la frecuencia medida y se compara con el valor de la
frecuencia deseada la cual es 54Hz. Los resultados arrojados de esta comparacin son:
un porcentaje de error del 8.6172% para la fase A, de 8.6172% para la fase B y de
9.2222% para la fase C; como el porcentaje de error para las tres fases es menor al 10%
se toman aceptables dichas mediciones.
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Tabla 20. Mediciones correspondientes a la frecuencia de las seales SPWMal 90% de la frecuencia nominal.
Frecuencia de control al 90%
FasesFrecuencia
Nominal
(Hz)
Medicin de
frecuencia (Hz)#1
Medicin de
frecuencia (Hz)#2
Medicin de
frecuencia (Hz)#3
Promedio %
Error
Fase A54
49.02 49.02 50.00 49.3467 8.6172Fase B 49.02 49.02 50.00 49.3467 8.6172Fase C 49.02 49.02 49.02 49.0200 9.2222
Fuente: Alarcn, Parra, 2014
Figura 44. Seal de control SPWM para motor ACcorrespondiente a la fase A al 90% de velocidad.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.3.5. Seales del sistema de control de velocidad al 100%
Cuando el usuario selecciona una velocidad del 100% la seal de control SPWM
obtenida es mostrada en la Figura 45. Las mediciones captadas son observables atravs de la Tabla 21 las cuales corresponden a los valores de frecuencia medidos de
las seales de control, a partir de estas se calcula el promedio de la frecuencia medida
y se compara con el valor de la frecuencia deseada siendo esta la nominal a 60Hz. Los
resultados arrojados de esta comparacin son: un porcentaje de error del 8.7278% para
la fase A, de 8.7721% para la fase B y de 8.7445% para la fase C; como se puede ver
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en las mediciones sus porcentajes de error son menores al 10% y por lo tanto
aceptadas.
Tabla 21. Mediciones correspondientes a la frecuencia de las seales SPWMal 100% de la frecuencia nominal.
Frecuencia de control al 100%
FasesFrecuencia
Nominal(Hz)
Medicin defrecuencia (Hz)
#1
Medicin defrecuencia (Hz)
#2
Medicin defrecuencia (Hz)
#3Promedio %
Error
Fase A60
55.55 55.55 53.19 54.7633 8.7278Fase B 54.3 55.56 54.35 54.7367 8.7721Fase C 55.56 54.35 54.35 54,7533 8.7445
Fuente: Alarcn, Parra, 2014
Figura 45. Seal de control SPWM para motor ACcorrespondiente a la fase A al 100% de velocidad.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.4. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para el motor
AC.
Para que el control del motor trifsico se realice de forma correcta es necesario
que las tres seales que lo energizan correspondientes a las fases A, B y C estn
correctamente desfasadas, es decir, que se encuentren 120 unas de las otras.
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Para el clculo del desfase se mide el periodo de la seal SPWM mediante la
utilizacin del osciloscopio y se divide entre tres, en otras palabras el desfase entre las
seales corresponde al 33.333% del periodo total medido.
En la prctica, la obtencin de los diferentes tiempos de desfases entre lasseales de control se realiz mediante la observacin de estas a travs del osciloscopio;
tomndose como referencia el tiempo en el que terminaba la seal de una fase y
comenzaba la otra (en el orden de las fases A, B y C). Tal como se presenta mediante
la Figura 46.
Figura 46. Medicin del desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.4.1. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para una
velocidad al 30% del motor AC.
Para calcular el valor nominal del tiempo de desfase entre las seales de control
SPWM para el 30% de la velocidad se toma en cuenta el valor de la frecuencia nominal;
siendo esta 18 Hz, a partir de este valor se calcula el perodo total de la seal con la
siguiente ecuacin:
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=
(10)
=
= 0.05556 (11)
Ahora se calcula el tiempo de desfase entre las seales dividiendo entre tres el
valor obtenido en (11):
=.
= 0.01852 (12)
Tomando como referencia el valor reflejado en (12) se deduce que el desfase
entre las seales de la fases A-B y B-C es de 18.52 mseg, a su vez la diferencia en
tiempo entre las seales de las fases A-C es el doble del valor calculado en (12).
Para la obtencin del tiempo de desfase entre las seales de control se
realizaron tres mediciones observables a travs de la Tabla 22; para luego calcular el
promedio de este, el cual se compar con el tiempo de desfase nominal y se consigui
un porcentaje de error de 9.4509 entre las fases A y B, 9.4509 entre las fases B y C y
9.5411 entre las fases A y C. Dichos valores de errores son aceptables por lo cual se
logra el buen funcionamiento del motor.
Tabla 22. Mediciones de los tiempos de desfases de las seales SPWMpara el motor AC con velocidad al 30%
Desfasaje entre las seales de control al 30% de velocidad
Fases
Desfase
Nominal(ms)
Medicin del
desfasaje(ms)#1
Medicin del
desfasaje (ms)#2
Medicin del
desfasaje(ms)#3 Promedio % Error
A-B 18.5167 20.4 20 20.4 20.2667 9.4509A-C 37.0333 40.4 40.8 40.8 40.5667 9.5411B-C 18.5167 20 20.4 20.4 20.2667 9.4509
Fuente: Alarcn, Parra 2014
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Figura 47. Desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC con velocidad al 30%.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.4.2. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para una
velocidad al 50% del motor AC.
Al momento de calcular el valor nominal del tiempo de desfase para el caso de la
velocidad al 50% se cuenta con una frecuencia nominal de 30 Hz, obteniendo como
resultado:
=
= 0.03333 (13)
Ahora calculando el tiempo de desfase entre las seales dividiendo entre tres el
valor obtenido en 13:
=.
= 0.01111 (14)
A travs de la Tabla 23 se muestran los valores obtenidos de los tiempos de
desfase entre las seales de control de las cuales se calcul un valor promedio para
luego ser comparada con el valor del tiempo de desfase nominal, arrojando un
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porcentaje de error de 4.3008 entre las fases A y B, de 9.2106 entre las fases B y C y
de 10.714 entre las fases A y C. Siendo valores aceptables ya que se logr el buen
funcionamiento del motor AC para tal velocidad.
Tabla 23. Mediciones de los tiempos de desfases de las seales SPWMpara el motor AC con velocidad al 50%
Desfasaje entre las seales de control al 50% de velocidad
FasesDesfaseNominal
(ms)
Medicin deldesfasaje (ms)
#1
Medicin deldesfasaje (ms)
#2
Medicin deldesfasaje
(ms)#3Promedio % Error
A-B 11.1100 12.4 12.8 13.6 12.9333 4.3008A-C 22.2200 22.4 25.2 26.8 24.8 10.714B-C 11.1100 12 12 12.4 12.1333 9.2106
Fuente: Alarcn, Parra 2014
Figura 48. Desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC con velocidad al 50%.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.4.3. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para una
velocidad al 70% del motor AC.
Para el caso de la velocidad al 70% se cuenta con una frecuencia nominal de 42
Hz, obteniendo como resultado:
=
4 = 0.02381 (15)
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Calculando el tiempo de desfase entre las seales dividiendo entre tres el valor
obtenido en 15:
= . = 0.00793 (16)
La Tabla 24 muestra los valores obtenidos de los tiempos de desfase entre las
seales de control de las cuales se calcul un valor promedio para luego ser
comparada con el valor del tiempo de desfase nominal, arrojando un porcentaje de error
de 17.6116 entre las fases A y B, de 9.2115 entre las fases B y C y de 10.8913 entre las
fases A y C. Los porcentajes de error obtenidos para este caso se encuentran un poco
alejados de los deseados, aunque el motor responde sin inconvenientes.
Tabla 24. Mediciones de los tiempos de desfases de las seales SPWMpara el motor AC con velocidad al 70%
Desfasaje entre las seales de control al 70% de velocidad
FasesDesfaseNominal
(ms)
Medicin deldesfasaje (ms)
#1
Medicin deldesfasaje (ms)
#2
Medicin deldesfasaje
(ms)#3
Promedio % Error
A-B 7.9357 10 8 10 9.3333 17.6116A-C 15.8714 18 16.8 18 17.6 10.8913B-C 7.9357 8 10 8 8.6667 9.2115
Fuente: Alarcn, Parra 2014
Figura 49. Desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC con velocidad al 70%.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
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5.4.4. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para una
velocidad al 90% del motor AC.
En el caso de la velocidad al 90% la frecuencia nominal es de 54 Hz, obteniendocomo resultado:
=
4 = 0.01852 (17)
Calculando el tiempo de desfase entre las seales dividiendo entre tres el valor
obtenido en 17:
=.
= 0.00617 (18)
La Tabla 25 muestra los valores obtenidos de los tiempos de desfase entre las
seales de control de las cuales se calcul un valor promedio para luego ser
comparada con el valor del tiempo de desfase nominal, arrojando un porcentaje de error
de 17.3289 entre las fases A y B, de 16.6407 entre las fases B y C y de 11.2395 entre
las fases A y C. Los porcentajes de error obtenidos para este caso se encuentran un
tanto alejados de los deseados, aunque el motor responde sin inconvenientes.
Tabla 25. Mediciones de los tiempos de desfases de las seales SPWMpara el motor AC con velocidad al 90%
Desfasaje entre las seales de control al 90% de velocidad
FasesDesfaseNominal
(ms)
Medicin deldesfasaje (ms)
#1
Medicin deldesfasaje (ms)
#2
Medicin deldesfasaje
(ms)#3
Promedio % Error
A-B 6.1728 7.6 7.6 7.2 7.4667 17.3289A-C 12.3457 14 13.6 13.6 13.7333 11.2395B-C 6.1728 6.8 7.2 7.6 7.2000 16.6407
Fuente: Alarcn, Parra 2014
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Figura 50. Desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC con velocidad al 90%.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.4.5. Medicin del tiempo de desfase entre las seales de control SPWM para una
velocidad al 100% del motor AC.
En el caso de la velocidad al 100% la frecuencia nominal es de 60 Hz,
obteniendo como resultado:
=
= 0.01667 (19)
Calculando el tiempo de desfase entre las seales dividiendo entre tres el valor
obtenido en 19:
=.
= 0.00556 (20)
La Tabla 26 muestra los valores obtenidos de los tiempos de desfase entre las
seales de control de las cuales se calcul un valor promedio para luego ser
comparada con el valor del tiempo de desfase nominal, arrojando un porcentaje de error
de 12.8119 entre las fases A y B, de 10.4104 entre las fases B y C y de 22.225 entre las
fases A y C. En este caso los porcentajes de error obtenidos se encuentran alejados de
los deseados, aunque el motor responde sin inconvenientes.
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Tabla 26. Mediciones de los tiempos de desfases de las seales SPWMpara el motor AC con velocidad al 100%
Desfasaje entre las seales de control al 100% de velocidad
FasesDesfaseNominal
(ms)
Medicin deldesfasaje (ms)
#1
Medicin deldesfasaje (ms)
#2
Medicin deldesfasaje
(ms)#3
Promedio % Error
A-B 5.5550 6.0 6.4 6.4 6.2667 12.8119A-C 11.1100 12.0 12.4 12.4 12.2667 22.225B-C 5.5550 6 6 6.4 6.1333 10.4104
Fuente: Alarcn, Parra 2014
Figura 51. Desfase entre las seales de control SPWMcorrespondiente a las fases A, B y C del motor AC con velocidad al 100%.
Fuente: Alarcn, Parra, 2014.
5.5. Mediciones de velocidad para el motor DC
El control de velocidad del motor DC depende directamente de la magnitud del
voltaje que se le aplique a este, por esta razn se realizaron mediciones en funcin al
voltaje de la seal de control y al voltaje de salida para la obtencin de diferentesvelocidades. En la Tabla 27, se muestran los diferentes voltajes medidos a la salida del
Arduino para los diferentes porcentajes del nivel total de Duty Cycle, el voltaje a la
salida de la electrnica de potencia y la velocidad del motor obtenida correspondiente a
cada voltaje aplicado.
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Tabla 27. Mediciones de las caractersticas del motor DC.
Control del motor DC
PorcentajeDuty Cycle
Duty Cycle(bits)
VoltajeArduino
VoltajeSalida EP
RPM
98 250 4.85 11.55 3940
90 230 4.46 11.38 3789
70 179 3.47 10.72 3427
50 128 2.48 10.14 3051
30 77 1.48 8.42 2684
0 0 0 0 0Fuente: Alarcn, Parra 2014
La amplitud del voltaje proveniente del Arduino depende del Duty Cycleque este
programado en la placa como ya se dijo en apartados anteriores, as que no representa
mayor objeto de estudio, pero el voltaje a la salida de la electrnica de potencia (EP) y
las RPM son lo importante a considerar en estas mediciones.
Las seales de control del motor DC son expuestas a travs de las siguientes
figuras donde se observa la variacin de las RPM con respecto a los diferentes Duty
Cycle.
Figura 52. Seal de control para el motor DCa 2684 RPM y con Duty Cycleigual a 77 bits
Fuente: Alarcn, Parra 2014
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Figura 53. Seal de control para el motor DCa 3051 RPM y con Duty Cycleigual a 128 bits
Fuente: Alarcn, Parra 2014
Figura 54. Seal de control para el motor DCa 3427 RPM y con Duty Cycle igual a 179 bits
Fuente: Alarcn, Parra 2014
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Figura 55. Seal de control para el motor DCa 3789 RPM y con Duty Cycle igual a 230 bits
Fuente: Alarcn, Parra 2014
Figura 56. Seal de control para el motor DCa 3940 RPM y con Duty Cycle igual a 250 bits
Fuente: Alarcn, Parra 2014
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El voltaje de salida de la electrnica de potencia como se pudo observar en la
Tabla 27, no presenta una variacin lineal de la amplitud respecto al cambio de la seal
proveniente del Arduino. Esto se debe a la configuracin de esta y a los dispositivos
usados, con esto se quiere decir que la construccin de esta electrnica fue simple,
debido a que solo se buscaba que esta amplificara el voltaje de control y mostrara unavariacin en su voltaje de salida, mas no una variacin lineal o caracterstica de una
ecuacin.
Por otro lado la velocidad no vara linealmente respecto al voltaje aplicado tal
como se muestra en la Figura 57, as que solo se estudi la velocidad para los
diferentes valores de voltaje a la entrada del motor DC. En cuanto a lo expuesto
anteriormente se puede decir que se logr con xito la variacin de velocidad como se
esperaba.
Figura 57. RPM vs Voltaje aplicado en el motor DCFuente: Alarcn, Parra 2014
5.6. Medicin de la temperatura del motor DC
Por ltimo las mediciones de temperatura realizadas al motor DC se muestran en
las tablas 28 y 29. Las cuales expone tanto las mediciones como la corriente aplicada,
estableciendo una relacin de aumento de temperatura respecto a la corriente aplicada,
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a su vez se estudian dos casos uno en el que el motor DC est a rotor libre, es decir,
sin carga y otro donde se le impone una carga mecnica aleatoria para una corriente
especfica, esto con el fin de poder estudiar las variaciones de temperatura respeto a la
corriente para una misma velocidad en lmites de tiempo establecidos.
A travs de la Tabla 24 se aprecian las mediciones de temperatura en funcin del
porcentaje de Duty Cycletomadas desde la aplicacin Android, para el caso en que no
se coloca carga mecnica al motor DC. De estos resultados se puede decir que la
temperatura aumenta ms rpidamente al transcurrir el tiempo a medida que se
aumenta el porcentaje de Duty Cycle, con temperaturas aceptables para el ambiente en
que se trabaj, por tanto se puede decir que los datos medidos desde la aplicacin
Android son coincidentes con la realidad siendo exitosa la medicin de temperatura a
partir de esta.
Tabla 28. Valores de temperatura para el motor DC sin carga experimental.
TemperaturaTiempo (seg)
Corriente
(Amp)30 60 90 120 180
Duty Cycle 30 % 27 28 28 28 29 0.06
Duty Cycle 50 % 27 28 29 29 29 0.11Duty Cycle 70 % 27 28 28 29 30 0.16
Duty Cycle 90 % 27 29 30 30 31 0.22
Duty Cycle 100 % 28 29 29 30 31 0.26
Fuente: Alarcn, Parra. (2015)
En el segundo caso cuando se coloca una carga mecnica al motor obteniendo
las mediciones mostradas en la Tabla 25, se observa que sucede el mismo fenmenoque para el primer caso, es decir, la temperatura aumenta ms rpidamente para un
intervalo de tiempo a medida que aumenta el Duty Cycle; pero al tener carga mecnica
el motor DC, las variaciones de temperatura pueden apreciarse de forma ms clara,
este resultado en conjunto con las mediciones de temperatura acordes a la realidad
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demuestran que la aplicacin imprime por pantalla datos fiables sobre las mediciones
de la temperatura.
Tabla 29. Valores de temperatura para el motor DC con carga experimental.
TemperaturaTiempo (seg)
Corriente
(Amp)30 60 90 120 180
Duty Cycle 30 % 27 28 29 29 30 0.08
Duty Cycle 50 % 27 28 28 29 30 0.15
Duty Cycle 70 % 27 28 29 30 31 0.2
Duty Cycle 90 % 28 29 30 31 32 0.29
Duty Cycle 100 % 27 29 30 32 33 0.35
Fuente: Alarcn, Parra. (2015)
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CONCLUSIONES
La creacin de un sistema de control y supervisin para motores AC y DC
manejado mediante una aplicacin para mviles, usando hardware libre como sistema
de control y el protocolo Ethernet como va de comunicacin, es una respuesta a ladificultad de controlar y supervisar motores a distancia. Con esta innovacin se le brinda
al usuario involucrado con el manejo de motores una alternativa que le permitir realizar
otras actividades mientras controla y supervisa tanto motores AC como DC y a su vez
podr estar a salvo de cualquier riesgo de accidentes relacionados con el motor o su
entorno de trabajo.
En el desarrollo de la aplicacin para dispositivos mviles se escogi como
entorno de trabajo el sistema operativo Android, ya que este es verstil al momento de
crear aplicaciones grficas. Como herramienta de diseo se utiliz el programa eclipse
debido a que este trabaja bajo cdigo java, el cual es de fcil manejo y compatible con
la entorno Android. En la aplicacin se crearon cinco ventanas de trabajo conformadas
por elementos como; botones, texto e imgenes proporcionndole un ambiente
llamativo y amigable al usuario que le permita controlar el encendido, apagado,
variacin de velocidad, y el chequeo del estado de los motores AC y DC con sus
respectivas temperaturas en tiempo real.
Con el propsito de emplear hardware libre para el sistema de control de motores,
se escogi la tecnologa Arduino especficamente la placa Arduino UNO gracias a su
bajo costo, gran variedad de aplicaciones y fcil programacin a travs del lenguaje
C++ .
La placa Arduino UNO es el principal elemento del sistema de control, ya queeste emite las seales para el manejo del motor DC y AC, y a su vez trabaja como
elemento de recepcin y envi de datos tanto va Ethernet para la comunicacin con la
aplicacin Android como I2C para la comunicacin Arduino-Arduino. Como todas estas
tareas requieren de un alto procesamiento se necesitaron dos placas Arduino UNO para
dividir el trabajo.
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La primera placa Arduino UNO llamada Maestro, se encarga del control del motor
DC mediante seales PWM y la transmisin y envo de datos; la segunda placa
Arduino UNO llamada Esclavo se encarga de recibir los datos enviados por la placa
Arduino Maestro para el control de motores AC trifsicos mediante seales SPWM.
Para la comunicacin entre la aplicacin Android y la electrnica de control
formada por los Arduinos se emplea el protocolo TCP/IP y como va de transmisin de
datos el protocolo Ethernet. Este sistema de comunicacin es compatible tanto con los
dispositivos mviles como con la placa Arduino cuando esta se encuentra conectada a
un Ethernet Shield. La transmisin y recepcin de datos a travs de los diferentes
dispositivos que conforman el sistema arroj resultados satisfactorios, ya que las
ordenes enviadas por el usuario a travs de la aplicacin a las placas Arduino fueron
captadas y ejecutadas por estos ltimos sin presentar retrasos, de igual manera la
variable medida a partir de los motores pudo ser apreciada por el usuario en tiempo real
sin inconvenientes a travs de la aplicacin mvil.
Para la energizacin del motor AC fue necesaria una etapa de electrnica de
potencia que pudiera dar suficiente fuerza elctrica a las seales de control, dicha
electrnica est conformada por dos etapas, una referente a la interfaz para el circuito
de potencia que maneja al motor y otra de potencia; la primera se encarga de proteger
al circuito de control de cualquier corriente de flujo proveniente del motor y la etapa de
potencia se encarga de proveer la energa necesaria a las seales de control. Al
conectar las cargas resistivas de prueba a la electrnica de potencia se not que los
MOSFETcalentaban, por tanto se anexo un sistema de enfriamiento conformado por;
pasta refrigerante, disipadores de calor y ventiladores evitando el sobrecalentamiento
de los MOSFET.
Cuando se conect el motor trifsico a la electrnica de potencia junto con el
sistema de control se logr efectivamente el manejo de la mquina encendiendo por
primera vez el motor sin problemas, pero cuando se quiso encenderlo de nuevo los
MOSFETno soportaron la carga produciendo que uno de los seis MOSFETdel sistema
se daara; esto como consecuencia de la alta corriente durante el encendido del motor,
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por lo tanto ocurrieron fallos en la manipulacin del motor. En base a esto, se invita al
diseo de una electrnica de potencia empleando elementos de mayor capacidad para
que el prototipo este completamente funcional.
Respecto a la electrnica de potencia para el motor DC esta funcionperfectamente para motores DC de baja potencia, ya que se pudo controlar usando
seales PWM, pero es importante mencionar que la salida de voltaje de esta etapa no
se comport proporcionalmente con los porcentajes de Duty Cycle establecidos por lo
cual, se deja en manos de otros proyectos el mejoramiento de la electrnica de
potencia.
Finalmente se puede decir que los objetivos planteados fueron logrados con
xito ya que se pudo contralar tanto el motor AC como el DC desde la aplicacin
Android empleando como sistema de control las placas Arduino y usando como medio
de transmisin de datos el protocolo Ethernet. Respecto a la electrnica de potencia
funcion perfectamente, aunque se presentaron dificultades en cuanto a la calidad de
los dispositivos utilizados, con lo que se sugiere por parte de una prxima investigacin
la bsqueda de dispositivos electrnicos de mejor calidad y capacidad que soporten
cargas motorizadas de mayor potencia.
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RECOMENDACIONES
Mejorar la interfaz grfica de la aplicacin vista por el usuario en el mvil
(presentacin, botones, impresin de datos, colores, entre otros), esto con el fin de
generar un ambiente ms amigable y atractivo.
Disear una ventana de ayuda en la aplicacin, con el fin de dar a conocer todo
lo referente al manejo de esta, logrando as que cualquier usuario sepa aprovechar
todos los recursos brindados.
Con el fin de resguardar la integridad y el buen funcionamiento del sistema de
control es necesario el desarrollo de un sistema de seguridad ms elaborado y asegurar
que solo el personal autorizado pueda intervenir en sus acciones.
Si bien es cierto, se ha logrado el correcto control del motor AC y DC empleando
la electrnica de potencia presentada a lo largo de la investigacin; es necesario un
estudio ms profundo con respecto a los componentes que integran tal etapa, para as
obtener un mejor desempeo por parte del sistema de control.
Realizar revisiones de mantenimiento a los diferentes elementos que componen
el sistema de control entre los cuales se pueden mencionar: la aplicacin mvil, las
placas Arduinos, la electrnica de potencia, la red de comunicacin, entre otros; para
asegurar el funcionamiento ptimo del sistema.
Se propone como continuacin al estudio el anlisis de los armnicos producido
en la generacin de las seales SPWM, para as conocer las consecuencias producidas
al alimentar el motor AC con dichas seales.
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