Colegio:

Vocacional Monseñor Sanabria.

Especialidad:

Electrotecnia.

Sub Área:

Control de Maquinas Eléctricas.

Tema:

Regulador de Velocidad Motor 12 voltios.

Profesor:

Luis Fernando Corrales.

Estudiante:

Marvin Daniel Arley Castro.

Sección:

11-9.

Fecha de Entrega:

23/11/2014.

Introducción

El siguiente proyecto se realizara con un trabajo que consista en una parte previa de investigación en el que se deberá adquirir conocimiento con el fin de poder realizar la parte práctica que consistirá en elaborar un regulador de velocidad para un motor de 12 voltios en corriente continua, estos variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe el motor. Otra definición sería, los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores, en este caso en corriente continua.

El proyecto se deberá realizar utilizando componentes como 555, Mosfet, un potenciómetro 250K, diodos zener y rectificadores, resistencias, un condensador y transistores.

Este proyecto tendrá como función servir como un circuito regulador de la velocidad del motor conectado en paralelo al diodo rectificador desde el paro hasta la velocidad máxima.

Este proyecto se realizara en una placa de montaje, posteriormente se instalara en un chasis con las medidas previstas para su instalación.

Justificación

Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevación, las máquinas-herramientas, etc. En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes.

Es por eso que el motivo del siguiente proyecto es realizar un regulador de velocidad de un motor de 12 voltios en corriente continua, esto con el fin de demostrar mediante un proyecto esta aplicación, la cual en la industria resulta ser muy influyente en temas de comercio y productividad.

El anteproyecto se realiza por la razón principal de que es un paso muy importante para el proceso de elaboración de un proyecto y se realiza con el fin de presentarlo antes para comprobar que se ha hecho un análisis inicial adecuado del trabajo para la presentación del mismo, además al realizarlo se adquiere un conocimiento primordial de lo que se hará después y de esta manera uno se ayuda para la presentación del montaje solicitado en el proyecto, confiando en presentarlo de buena manera por lo hecho con anterioridad.

El problema planteado seria como realizar un regulador de velocidad que controle la potencia del motor de tal manera que por medio de un potenciómetro se controle su velocidad desde la mínima (0) hasta su máxima entrega de trabajo.

El proyecto cuando finalice su elaboración se observara la regulación de la velocidad del motor, por medio de la colocación de diodos, transistores y resistencias (potenciómetro) de un valor específico, los cuales influirán en el funcionamiento del circuito.

Al investigar sobre el proyecto se observara y encontrara la manera adecuada de realizar el circuito con el fin de hacer funcionar el regulador de buena manera.

-Impacto a corto mediano plazo largo:

El proyecto realizado ayuda a la comprensión de los problemas planteados y mejora conocimientos acerca de ciertos componentes usados en la electrónica. Además realizando el proyecto se obtendrá un regulador variable de la velocidad de un motor, teniendo una útil aplicación.

-Lo que vamos a hacer nos beneficia de modo que así obtendremos un mejor entendimiento del uso de los 555, Mosfet, condensadores, transistores y diodos, además de realizar un sistema de regulación, el cual será útil para diversas aplicaciones.

-El interés del proyecto es realizar un regulador de velocidad para un motor de 12 voltios sirviendo como un ejemplo demostrativo de un aplicacion usada en la actualidad, además la novedad del proyecto sería la utilización de un Mosfet, el cual cumple una función de importancia en el circuito a realizar.

Marco Teórico

En el marco teórico se explicaran los componentes utilizados para la elaboración del proyecto y además se explicara lo necesario para su realización.

Primeramente los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y la cupla de los motores según el tipo, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.

Utilización como señal PWM:

La modulación por ancho de pulsos de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), 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.

Aplicaciones:

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim…

Uso en motores:

La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna,

como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relés (baja frecuencia) o MOSFET (como en este caso) o tiristores (alta frecuencia).

A continuación se mostraran los componentes utilizados en este proyecto:

-1 Diodo 1n4007 y tres diodos zener lN4148:

El diodo 1N4007, el cual será utilizado para el proyecto, conduce una corriente máxima de 1 Amperio y soporta una tensión inversa de 1000 Voltios. Se utiliza para rectificar a la frecuencia de la red (50 o 60 Hz). Suele ser de plástico.

La polaridad del diodo rectificador se reconoce sabiendo que la banda plateada es el cátodo y que por consiguiente el otro lado seria el ánodo.

-Funcionamiento: Un rectificador como este, el componente que permite convertir la corriente alterna en corriente continua en polarización directa, este proceso se llama rectificación, es un diodo de baja potencia dado que maneja corrientes menores de 1 Amperio.

Además se usaran tres diodos lN4148, estos son zener los cuales han sido construidos para que funcione en las zonas de rupturas. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

-Resistencias:

-Funcionamiento: La principal función que tiene este componente es disipar energía en un circuito por efecto joule.

Su aplicación es diversa ya que un arreglo de resistencias puede ser utilizado para disminuir la corriente que fluye por un cable o para establecer una caída de voltaje en algún otro elemento de un circuito. Una resistencia se opone al flujo de electrones, al pasar la corriente por ella se calienta según los amperios que circulen. Controla el flujo de electrones y se usa como divisor de tensión o como un limitador al paso de voltaje o corriente en un circuito.

Las resistencias poseen un código de colores para determinar su valor especifico, en el caso del proyecto se usaran 6 resistencias, cuatro de 1K, una de 4,7k y una de 100 ohmios de ½ watt, su valor permitirá el buen funcionamiento del circuito protegiendo a los diversos componentes.

-1 Resistencia Variable (Potenciómetro):

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.

En el caso del regulador se utilizara un potenciómetro de 250k para variar la velocidad del motor.

-1 Condensador 0,1 microfaradios:

Es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.

Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia, para el caso del proyecto se utilizara un condensador de 0,1 microfaradios para el regulador.

-1 Interruptor:

Es un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciende una bombilla, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas, controlado por computadora.

Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen mediante un actuante para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos.

Para el proyecto se utilizará un interruptor de tres polos en el chasis, con capacidad para 3 amperios.

-1 Transistor 2N3904 y 2 transistores 2N3906:

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

Por todas esas razones, es un transistor de uso general, en el regulador se utilizaran 1 Transistor 2N3904 y 2 transistores 2N3906.

-1 MOSFET IRFZ44N:

Es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales, aunque el transistor de unión bipolar fue mucho más popular en otro tiempo. Prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET.

El MOSFET es un dispositivo de cuatro terminales llamados surtidor (S), drenador (D), compuerta (G) y sustrato (B). Sin embargo, el sustrato generalmente está conectado internamente al terminal del surtidor, y por este motivo se pueden encontrar dispositivos MOSFET de tres terminales.

-1 Temporizador 555:

El temporizador IC 555 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop. Sus derivados proporcionan hasta cuatro circuitos de sincronización en un solo paquete. Introducido en 1971 por Signetics, el 555 sigue siendo de uso generalizado debido a su facilidad de uso, precio bajo y la estabilidad.

-Discusión de Resultados Obtenidos:

Los resultados obtenidos durante la elaboración del proyecto han sido buenos, ya que con esto he logrado adquirir nueva experiencia en el uso del MOSFET, además de poder realizar un trabajo que me servirá para futuras aplicaciones y practicas relacionadas con la especialidad, si bien me he equivocado en algunos detalles del trabajo realizado, creo que se ha desarrollado de buena manera, ya que las placa se ha desarrollado con las precauciones correctas, y los procesos previos para su elaboración se han realizado con satisfacción.

A continuación se observa un diagrama con el que seguí la elaboración del circuito en la placa:

Aquí observamos un par de imágenes del circuito montado en placa y su prueba en protoboard, esto en desarrollo:

Además en la siguiente imagen se muestra el circuito del proyecto montado en una protoboard con el fin de probar bien el mismo antes de su montaje final:

Para finalizar, el montaje del regulador se realizo en una placa de cobre como se observa en la imagen de abajo, además de realizar el proceso conocido de dibujar el circuito en la placa con un pilot, esto como guía para que quede impreso el circuito realizado, y luego se deberán soldar los componentes, además se podrá pasar una capa de esmalte a la placa con el fin de cuidar su no deterioro por oxidación, finalmente se elaborara un chasis para el proyecto ya finalizado, en este caso con plástico.

-Precios, Costos del Proyecto (Presupuesto):

Diodos: 25 colones cada uno.

Resistencias: 4 colones cada una.

Conectores Banana: 150 colones la unidad.

Placa de cobre: 700 colones la pieza.

Condensador: 100 colones la unidad.

Potenciómetro: 300 colones la unidad.

Transistores: 350 colones la unidad.

Interruptor: 200 colones la unidad.

MOSFET: 800 colones la unidad.

Temporizador 555: 400 colones la unidad

-Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/

http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=

http://www.slideshare.net/dispositivos-semiconductores

Floyd, Thomas L., Principios de Circuitos Eléctricos, Pearson Educación, México, 2007.

https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20091026230321AAojyqJ

Modulación por ancho de pulsos - Wikipedia, la enciclopedia libre

http://html.rincondelvago.com/variadores-de-velocidad.html

http://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener