Informe Final del Proyecto

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.

Por último obtenemos el resultado final del proyecto ya realizado en las siguientes

imágenes, con el chasis ya incluido:

-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=20091026230

321AAojyqJ

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

Conclusiones

- Concluyo que el trabajo elaborado tendrá una función para

poder utilizarlo en trabajos de experimentaje en futuras

prácticas de la especialidad.

- Una conclusión del proyecto sería el aprendizaje logrado

durante la elaboración del mismo adquiriendo y mejorando

los conocimientos sobre los componentes trabajados.

- Se logran realizar las maneras propuestas para solucionar el

problema planteado al inicio del trabajo, con lo cual se logra

realizar el funcionamiento del regulador aplicado sobre la

velocidad del motor de 12 V.

- Durante la elaboración del proyecto se adquieren nuevos

conocimientos sobre el tema tratado, por ejemplo se

aprende el valor de la resistencia del potenciómetro de 250K,

el cual permite que el motor llegue a su velocidad cero.

- Logre comprobar que el diodo rectificador funciona de

manera tal, que protege al motor contra la tensión inversa,

eso sí, el valor debe ser especifico, en este caso un diodo

rectificador 1N4004, el cual soporta una tensión inversa de

1000 Voltios.

- Además se logra realizar un circuito útil como una señal

PWM, en la cual se uso como principal dispositivo el

MOSFET, esto para lograr la correcta regulación de

velocidad.