CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC

INTRODUCCION

En este proyecto se pretende realizar el diseño del control de velocidad de un motor de cc, se evalúa el comportamiento de este tipo de motores, se desarrollará el hardware para el tipo de controlador PWM y se presentarán resultados experimentales reales y de simulación.

OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseño e implementación de un controlador de velocidad de un motor de cc usando un IGBT.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer el funcionamiento de los elementos a utilizar en el diseño. Diseñar el circuito de control y disparo del IBGT. Implementar todo el circuito y realizar diferentes pruebas.

MARCO TEORICO

Un motor de cc puede ser operado en cualquier dirección y su torque electromagnético puede invertirse para el proceso de frenado. Dependiendo del sentido de circulación de la corriente de armadura y la tensión, se logra el cambio de estado en el funcionamiento del motor. Los distintos estados pueden observarse en la figura siguiente:

A fin de lograr el estado de funcionamiento deseado para el motor se requiere controlar en forma dinámica la corriente y tensión sobre el mismo. El elemento que realiza esta función se lo denomina convertidor o driver.

Las topologías de convertidores se clasifican según el número de cuadrantes que gobiernan, estas son:

Convertidor de un cuadrante (step down). Convertidor de dos cuadrantes (half-bridge). Convertidor de cuatro cuadrantes (full-bridge).

L a elección de la topología del convertidor se basa fundamentalmente en el tipo de control que se requiere para el funcionamiento del motor.

Si se necesita controlar la velocidad en un solo sentido de giro, la topología adecuada es la del convertidor de un cuadrante.

Si no se requiere una inversión de marcha, pero si controlar el proceso de frenado: la topología apropiada es la del convertidor de dos cuadrantes.

Para poder controlas la velocidad en ambos sentidos de giro y poder frenar la marcha, la topología a utilizar es la del convertidor de cuatro cuadrantes.

Distintas técnicas pueden ser utilizadas para controlar la potencia aplicada al motor, de manera de lograr el comportamiento deseado. Una técnica que presenta alto rendimiento es la PWM. Esto se debe, a que en los convertidores PWM los transistores operan como llaves, es decir en corte y saturación, minimizando así las pérdidas de energía.

Los controladores PWM son los circuitos que transforman pulsos lógicos (baja potencia) en pulsos de corriente (potencia) para excitar los bobinados de los motores.

En este proyecto se presenta el diseño, desarrollo y ensayo de un controlador PWM para variar la velocidad de un motor basándose en un convertidor de un cuadrante.

DISEÑO DEL PROYECTO

Las especificaciones de diseño que se tuvieron en cuenta son las siguientes:

Posibilidad de controlar motores de distintas tensiones nominales. Frecuencia de conmutación fs ≥ 100 Khz. Protección por sobre corriente en puente.

Para este diseño se tiene las siguientes etapas:

Etapa de potencia. Etapa de control. Etapa de protección.

La etapa de potencia es la que se encarga de generar los pulsos de disparo de potencias necesarios para controlar el convertidor. Esta etapa se divide en la topología del convertidor y en la circuitería que proporciona el disparo de la llave.

La etapa de control se encarga de generar la modulación PWM, necesaria para el disparo de la llave del convertidor, partiendo de una tensión de referencia aplicada en su entrada. Proporciona el retardo en el encendido de la llave.

Para el diseño de cada etapa se tuvo en cuenta que la misma cuente con dispositivos de última tecnología. En la etapa de potencia se utilizó un IGBT modelo BSM200GB60DLC de EUPEC, en el anexo se detalla la hoja de datos de este IGBT y del 555.

A continuación se detalla el circuito de este proyecto:

Para el disparo de este dispositivo IGBT se utilizó el integrado 555 y un potenciómetro para variar el ancho de pulso y con este la velocidad del motor.

CONCLUSIONES

EL IGBT utilizado es para el uso de grandes motores, ya que la corriente que soporta es de 200 A.

LA modulación PWM es una muy buena opción para el control de velocidad de un motor cc, ya que no tiene mucha interferencia con el ruido.

Este tipo de IGBT se puede utilizar para el control de velocidad, sentido de giro ya que viene en un encapsulado en la cual se encuentran dos IGBT en configuración serie.