CONTROLES ELECTRÓNICOS

1. USO DE DRIVERŽS
Controlar motores DC utilizando microcontroladores generalmente se requiere de drivers. Uno de ellos puede ser el L293B que tiene la siguiente configuración :

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Descripción: El driver L293B tiene cuatro canales capaz de proporcionar en cada una de sus salidas hasta 1 amperio y dispone de entrada de alimentación separada para cada uno de ellos. Funcionamiento: Cada canal o driver es controlado por medio de una señal de control compatible TTL (no superior a 7V) y se habilitan de dos en dos por medio de las señales de control EN1 (canal 1 y 2) y EN2 (canal 3 y 4). En la siguiente tabla describe el comportamiento de las salidas referente a sus entradas.

ENn H H L L

INn H L H L

OUTn H L Z Z

H= Nivel Alto '1'

L= Nivel Bajo '0'

Z = Alta Impedancia

Así pues, vemos que poniendo a nivel alto la entrada de habilitación 'EN' del driver, la salida de este 'OUT' pasa de alta impedancia al mismo nivel que se encuentre la entrada del driver 'IN' pero amplificado en tensión y encorriente, siendo esta de 1A máximo. La tensión de alimentación del circuito integrado no es la misma que se aplica a las carga conectada a las salidas

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de los drivers, y para estas salidas se a de alimentar el driver por su patita número 8 (Vs), la tensión máxima aplicable a estas patitas es de 36V Como este integrado no dispone de disipador, se recomienda hacer pasar una pista ancha de circuito impreso por las patitas de masa que junten todas estas y al mismo tiempo haga de pequeño disipador térmico, aunque para grandes cargas lo mejor es usar un disipador como el mostrado en la siguiente figura. Aplicación práctica: Con un L293B se puede tener control bidireccional con 2 motores o control unidireccional con 4 motores. Control Unidireccional: En la siguiente figura se presentan dos formas de conectar un motor para control unidireccional, M1 se activa al poner la entrada del driver conectado a este, a nivel bajo 0, mientras que M2 se activa al poner la entrada del driver a nivel alto 1 y se para al ponerla a nivel bajo 0.

La entrada enable es como un interruptor general y deberá ponerse a nivel alto 1 para poder operar con los drivers que controla, o a nivel bajo 0 si se quiere desconectar el control de estos. Vs será la tensión de alimentación necesaria para los motores. Los diodos 1N4007 son para proteger el circuito de los picos de arranque y parada de los motores debido a la corriente inversa inducida por estos. Control Bidireccional: En el siguiente circuito sepresenta el modo de conectar un motor para permitir controlarlo tanto hacia delante como hacia atrás.

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Para tener el control de dos direcciones o bidireccional se usan dos drivers del L293b conectando sus salidas a los polos del motor, entonces podremos cambiar la polaridad de alimentación del motor con tan solo cambiar de estado las entradas de los drivers. Por ejemplo, para que el motor gire hacia la derecha se pone la entrada C a nivel alto 1 y D a nivel bajo 0 y para hacer girar el motor a la izquierda se tiene que invertir las señales de entrada de tal manera, la entrada C a nivel bajo 0 y D a nivel alto 1. Los diodos son como en el caso anterior para proteger el integrado de corrientes inversas.

2 EL SEMICONVERTIDOR
Un control de la velocidad para un motor DC se realiza variando el ángulo de disparo de los tiristores (T1 y T2) con el fin de variar el valor de la componente dc de la señal rectificada que se aplicará al motor. Para este semiconvertidor el valor de DC de la señal de salida esta dado por la fórmula:

Donde Vm es el valor pico de la señal de entrada y α es el valor del ángulo de disparo de los tiristores ,asi podemos ver que si tenemos como ángulo de disparo 0° el valor DC de la señal de salida será máxima y se tendrá así la máxima velocidad, en caso contrario, si el ángulo de disparo es 180° tendremos que el valor DC de la señal será 0 (cero) y la velocidad será nula. 58


Un circuito detector de cruce por cero debe avisar almicrocontrolador este momento por un pin de entrada (P1.4) y además detectar el nivel de la señal AC por otro pin de entrada (P1.3) con la señal del comparador LM339.

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El microcontrolador debe indicar la polaridad seleccionada (P1.0) y los dos disparos a los tiristores (pines de salida P1.1 y P1.2).

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Se utilizan los tiristores T106 y diodos 1N4007, además de protección contra dv/dt con resistencias de 39Ω y condensadores de 0.1μF. También se conecta una resistencia de carga de 270Ω para obtener la señal deseada y poderla transmitir al comparador de voltaje. El circuito de disparo puede también estar basado en el uso de opto-triac para cada una de las gates como el MOC3011 con resistencia de gate de 100Ω y resistencia para el diodo de 1KΩ.

3 EL CICLOCONVERSOR
Un microcontrolador genera los pulsos de disparo a los tiristores de la etapa de potencia. Este cicloinversor está diseñado para reducir la la frecuencia de la red a aproximadamente 20Hz

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El circuito consta de un de cruce por cero, el cual ayudará a sincronizarse con la red para activar los tiristores en el tiempo indicado y no causar posibles daños en estos, sin embargo, se le adicionó un circuito detector de polaridad en el cual ayudará a que el proceso de control inicie en un semiciclo positivo y que los tiristores se disparen en inverso. Consta además de de un circuito seleccionador que tendrá la opción de variar los ángulos de activación, es decir, se podrá variar la velocidad del motor o enel mejor de los casos detenerlo. El microcontrolador tomará los pulsos generados del cruce por cero, del detector de polaridad y la señal que entrega el circuito seleccionador para procesarlos y generar la correspondiente secuencia de pulsos a la velocidad seleccionada. El circuito de potencia consta de dos bloques de tiristores configurados de tal forma que al activarlos ninguno de estos me genere corto en la red. Un bloque enviará a la carga el semiciclo positivo y el otro el semiciclo negativo ya modificado. (a 20Hz) La señal resultante que caerá sobre la carga después de hacer todo el proceso de control de los tiristores es la siguiente en donde se indicará cuáles son los tiristores que estarán activos en unos tiempos determinados

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Generador de cruce por cero:

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Circuito detector de polaridad:

Circuito seleccionador: Este circuito consta de unos flip flop tipo D el cual la selección que realice se mantendrá y estará allí hasta el tiempo que determine necesario. La activación de estos flip flop se realiza por medio de una compuerta OR, teniendo como señal de entrada los pulsos que vienen de los interruptores. Para mejorar la señal de selección que le ingresa al microcontrolador se colocó un buffer, utilizándolo también para mejorar el cruce por cero y la salida del microcontrolador a la etapa de potencia.

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Circuito de potencia : Este circuito consta de una etapa de desacople en la cual me aísla las señales DC de control con las AC de cargapor medio del integrado MOC 3021, en el que suministrara el pulso suficiente sobre la gate del tiristor para activarlo. Para el circuito de potencia se utilizo tiristores que manejan hasta 10 Amperios para evitar que corrientes excesivas los destruya. Además se protegió contra el dv/dt (colocando un condensador y una resistencia en serie entre ellos y en paralelo con el tiristor) y contra el di/dt (colocando una bobina en serie con la carga) para evitar posibles daños en el circuito. El circuito correspondiente es el siguiente

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4 EL TACO-GENERADOR
Consiste básicamente en un subsistema de dos motores acoplados mecánicamente, esto con un motor de iguales características al controlado, el cual fue acoplado a su eje mecánicamente comportándose como un generador, entregando a su salida un voltaje promedio D.C. proporcional a la velocidad desarrollada en el motor 1.

El voltaje entregado por el motor 2 es usado para enviárselo al microcontrolador y este lo convierte de A/D por medio del conversor que posee el mismo micro El voltaje entregado por el motor 2 debe ser acoplado al micro de manera adecuada para realizar una buena medida de las RPM del motor 1. En primer lugar para asegurar que el voltaje del motor 2 sea de tipo D.C. se pasa a través de un puente de diodos que se encarga de rectificar.

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Para poder calibrar nuestro sistema se consiguió un tacómetro semiindustrial clase H con el cual se obtuvo la siguiente tabla para el motor con eltacogeneratriz :
Vin ( Aplicado Motor 1 ) 24 22 20 18 16 14 12 10 8 7.5 Vout ( promedio ) 18 16.6 14.8 13 11.2 9.3 7.3 5.25 2.93 2 RPM 630 550 505 440 360 300 240 175 100 75

Circuito acondicionador :

5 CONTROL POR PWM
La señal PWM generada por ejemplo por un microcontrolador es aplicada al circuito de potencia, el cual consiste de un transistor BJT de conmutación de referencia ECG51 que maneja un tf=0.7us y un circuito con diodo antiparalelo con el motor para facilitar la descarga inductiva soportado por un circuito RC que es un ajuste para esta compensación. Un circuito RC en 67


la base del BJT ayuda a la rápida conmutación y un diodo de suicheo evita las corrientes inversas para la parte digital.

6 CONVERTIDOR DE F-V
El LM2907 es un convertidor frecuencia-voltaje fabricado por la National Semiconductor. Su aplicación es :

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Vout = Vcc*fin*C1*R1 fmax =

I2 = 180uA PDF)

para Vcc = 12 Vol (Se obtiene de las curvas de operación del

Si fmax = 40KHz C1 =

entonces,

Se necesita que la característica del sensor sea :

R1 =

R1*C1 ≈ 2ms

C2 =

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Circuito para detectar el sentido de giro del motor:

7 TACÓMETRO DIGITAL
Un tacómetro Digital es una herramienta de laboratorio importante para medir velocidades de los motores con su respectiva visualización, en este caso la visualización se realiza en un LCD. El diseño del tacómetro se realizo de tal forma que el control es total por parte del microcontrolador de tal manera que ahorramosmuchos componentes, conexiones y espacio a comparación a un tacómetro digital basado en diseño lógico (contadores, decodificadores, PLL, y bastantes elementos pasivos), además de que el consumo de energía se reduce de manera significativa. 70


Para la medición de las RPM del motor se utiliza como sensor el optoacoplador de ranura, el cual leía el paso de unas pequeñas aspas, en total 30 ranuras, cada 30 pulsos se leía una vuelta, además de leer también realizaba la función de visualizar las RPM en un LCD. El funcionamiento se basa en la recepción de un rayo de luz que se emite desde un diodo infrarrojo implementado con un opto acoplador de ranura. En el eje del motor se acopla un disco con 30 ranuras para poder obtener datos cada 2 segundos. Como los pulsos generados por el opto acoplador no están bien definidos, se utiliza un comparador shmitt triger. Los pulsos generados por el opto acoplador son recepcionados por el TMR0 del PIC 16F84, el cual realiza el conteo de los pulsos. Los datos leídos por el microcontrolador son almacenados en 4 registros organizados de tal forma que en el primero de ellos se guardaran las unidades, en el siguiente las decenas, luego las centenas y por ultimo las unidades de mil. Para lograr organizarlos de este modo se ponía a contar el TMR0 hasta diez y que luego se generara una interrupción, es decir se le sumaba al TMR0 245 y así cuando llegue a 255 se genera una interrupción habiendo contado 10 pulsos. Luego de generarse la interrupción, seincrementa el registro correspondiente a las decenas y cuando este registro pase de 9 entonces incrementa el registro centena y el de decena vuelve a cero y así sucesivamente. Cuando hallan transcurrido 2 segundos de haber empezado el conteo se toma lo que halla en los registros decena, centena y mil al igual que lo que halla hasta ese momento en el timer (se guarda en reg. unidad) para realizar el despliegue en el LCD. El diagrama de conexión se presenta a continuación :