ESCUELA POLITCNICA NACIONALDEPARTAMENTO DE AUTOMATIZACIN Y CONTROL INDUSTRIAL REA DE INSTRUMENTACIN

LABORATORIO DE: INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

TRABAJO PREPARATORIO

Prctica: 4 Tema: CONTROL DE MOTOES DE DC

Realizado por: Daro ImbaGrupo: GR5

Fecha de entrega: _5___ /__7___ /_2015____ f. Recibido por:

Sancin:

Semestre: Ene./Junio Ago/Dic.ESCUELA POLITECNICA NACIONALLABORATORIO DE INSTRUMENTACION INDUSTRIALTRABAJO PREPARATORIO PRACTICA # 4

TEMA: CONTROL DE MOTORES DE DCOBJETIVOS Ensear al estudiante la problemtica que existe para controlar motores DC para resolver problemas de locomocin en robtica o temas afines.TRABAJO PREPARATORIO1. Consultar la terminologa y ecuaciones que se emplean en el control de motores DC de pequea potencia.

TerminologaLos motores sincrnicos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos perifricos de computadoras, robticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga proporcional, grandes abanicos y compresores. En aplicaciones de baja potencia hasta unos cuantos kilowatts, son usados motores sincrnicos de imn permanente (ver Figura 1). Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores conmutados electrnicamente.

Ecuaciones EmpleadasEl devanado de campo en el rotor produce un flujo fen el entrehierro. Este flujo rota a una velocidad sincrnicawsrad/s, la cual es la misma que la velocidad del rotor. El flujo fase une al devanado de fase del estator, por ejemplo la fasea, varia sinosoidalmente con el tiempo:

donde;

ypes el nmero de polos en el motor. Si asumimos Nscomo un nmero equivalente de vueltas en cada devanado del estator, la fem inducida en la faseaes:

Este voltaje inducido en el devanado del estator es llamado voltaje de excitacin cuyo valor rms es:

En controladores de motores sincrnicos, el estator es alimentado con un juego de corrientes trifsicas balanceadas, cuya frecuencia es:

La componente de la frecuencia fundamental de la corriente del estator produce una amplitud de flujo constante Sen el entrehierro, la cual rota a la velocidad sincrnicaws. La amplitud de Ses proporcional a las amplitudes de las componentes de la frecuencia fundamental en las corrientes del estator.

El voltaje resultante en el entrehierro es:

Todos estos fasores estn definidos en la figura 2a. Basados en esta ltima ecuacin y en diagrama fasorial, el circuito equivalente por fase de un motor sincrnico se muestra en la Figura 2b, donde Rsy LIsson la resistencia del devanado y la inductancia de fuga, respectivamente. Incluyendo la cada de voltaje a travs de la Rsy LIsen la faseaes:

El diagrama fasorial de esta ecuacin se muestra en la Figura 2c, dondepes el ngulo entre la corriente y el voltaje en fasor. Del circuito equivalente por fase y el diagrama fasorial de la Figura 2, el torque electromagntico Tempuede ser obtenido como sigue: La potencia elctrica que puede ser convertida en potencia mecnica es:

donde el ngulo fes llamado ngulo de torque y ktes la constante de proporcionalidad.En el diagrama fasorial de la Figura 2c, Iaadelanta a Va. Este adelanto de factor de potencia se requiere si el motor sincrnico es alimentado por un controlador donde la corriente a travs de los tiristores inversores es conmutada por los voltajes del motor sincrnico. Figura 2:Representacin por fase: (a) diagrama fasorial, (b) circuito equivalente,(c) voltaje terminal.En un motor sincrnico la velocidad en estado estable est determinada por el nmero de polos y la frecuencia de la corriente de armadura, exactamente como lo indica la siguiente ecuacin:

donden= velocidad mecnica en rpm ywm= velocidad mecnica en rad/seg.Por lo tanto un motor sincrnico operado por una fuente de AC de frecuencia constante debe trabajar a velocidad constante en su estado estable.En un motor el par electromagntico est en la direccin de giro y compensa al par de reaccin necesario para impulsar la carga mecnica. El flujo que producen las corrientes en la armadura de un motor sincrnico gira adelante del que produce el campo, y as acta sobre el campo y efecta trabajo.2. Consultar las tcnicas de control para el manejo de motores DC de pequea potencia.

Las tcnicas decontrol de motores CDson herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de losmotores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediantetiristoresy un conocimiento bsico deelectrnica de potencia.La mayora de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las lneas de distribucin elctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las lneas de suministro elctrico, y sus caractersticas de operacin se mantienen inalterables, al tener una tensin de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensin indicada en la placa de operacin, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje.

Control de Armadura con TiristorEn este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las funciones de un restato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeos, poco costosos y eficientes en energa. Es natural acoplar el motor para control de armadura para la velocidad del motor. Segn la figura el SCR proporciona entonces rectificacin de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la armadura aumentan y el motor puede trabajar con ms rapidez. Al disparar el SCR ms tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja ms lento.

Sistema de control de Media Onda y una Fase para la Velocidad de un Motor de DC en DerivacinLa velocidad del motor se ajusta con el potencimetro de 25 K. Al girarlo hacia arriba, aumenta la velocidad del motor, esto se debe a que el voltaje de compuerta en relacin con tierra se vuelve una parte mayor del voltaje respectivo de la lnea de CA, y esto permite que el voltaje de compuerta a ctodo llegue ms temprano en el ciclo al valor del voltaje de disparo del SCR. La relacin entre la velocidad y el ngulo de retardo de disparo, para este sistema, se grafica. Se puede ver que la accin de control de velocidad se logra en un ajuste bastante apretado de unos 70 a 110. Cuando disminuye la fuerza electromotrz, baja el voltaje de ctodo a tierra, porque VK depende de gran parte de la fuerza electromotrz. Si VK disminuye, el disparo del SCR se efecta antes porque VG no tiene que aumentar tanto para que el voltaje ctodo-nodo sea lo suficientemente grande como para disparar el SCR. Un aumento en el par de giro produce una reduccin en el ngulo de disparo, a su vez, esto nos da una mayor corriente y voltaje de armadura elevando la velocidad y compensando cualquier cada de velocidad dada por la elevacin de par de giro.

Manejo de motores DC con puente H y control por modulacin de pulso PWM

Los puentes H son de amplio uso por la versatilidad que nos dan, al poder hacer inversin de giro en motores DC por su arreglo de 4 transistores en contra fase, lo que nos da como resultado un excelente manejo del arranque y sobre todo de la inversin de giro. Ahora bien no solo se requiere de puentes H para hacer el trabajo, se requiere de procesos de control que nos permita activar los transistores de forma adecuada y que nos de la precisin o la fuerza que necesitamos para realizar el trabajo encomendado al motor. Dentro de las tcnicas de control para el manejo de puentes H, esta la tcnica de control por modulacin de ancho de pulso o mejor conocida por sus siglas en ingls PWM, pero dentro de estas hay bsicamente los siguientes caminos a seguir:

PWM senoidal (SPWM). SHE-PWM (eliminacin selectiva de armnicos). PWM de mnimo Rizado de corriente. PWM con control de corriente por banda de histresis. Modulacin Sigma. PWM de vector de espacio (PVM).

De estos caminos el ms usado es el SPWM, el cual ya est probado y se puede decir que es una tecnologa madura, pero para los efectos del presente, nos referiremos a la tcnica conocida como Modulacion Sigma, que es la empleada en el Simulador de vuelo, sujeto de este artculo. Pero qu es la modulacin Sigma? De hecho es ms conocida como Sigma-Delta. El principio de modulacin sigma delta es presentado en la fig 1, en donde el modulador recibe el voltaje afectado de fase Va0; A la magnitud variable, y la frecuencia es comparada con los pulsos de voltaje de fase discreto real. El error resultante (operacin delta) es integrada (operacin sigma) para generar la integral de la funcin error e dado por: La polaridad de la funcin error es detectada por un compensador bipolar. La polaridad positiva de e selecciona un pulso de voltaje positivo, caso contrario ocurre cuando es afectada por la polaridad negativa de e, en cuyo caso se selecciona un pulso negativo, con lo que se logra la inversin de giro o lo que es lo mismo la correccin del error.

3. Realizar un programa para un micro controlador de su eleccin, el cual permita variar la velocidad de un motor DC en pasos de 10% mediante dos pulsadores (uno de ascenso y uno de descenso). Adems mediante un interruptor se podr cambiar el sentido de giro del motor DC. Por medio de un LCD se podr visualizar el sentido de giro y el incremento porcentual de velocidad. Adjuntar el programa, el diagrama de flujo correspondiente y el circuito desarrollado.

Anexo 14. Traer armado el circuito con las prestaciones solicitadas.

5. Bibliografa

http://www.redicces.org.sv/jspui/bitstream/10972/2208/1/Manejo%20de%20motores%20DC.pdf http://platea.pntic.mec.es/~mhidalgo/documentos/10_manejo_de_motores_CC_con_arduino.pdf