PROYECTO DE CONTROL CON MICROPROCESADORES CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN EMPLEANDO LA TÉCNICA DE CONTROL SPWM. Dalton Celi Johnny Chica Mauricio Ortíz Evelyn Paredes David Quispe Henry Toscano

OBJETIVO Diseñar e implementar un controlador de velocidad de un motor monofásico de inducción empleando la técnica de control SPWM de 2 o 3 niveles variando la velocidad del motor entre el 50% y el 100% de su valor nominal.

RESUMEN En este proyecto se presenta el control de un motor monofásico de inducción mediante la técnica SPWM de 2 y 3 niveles; para lo cual se desarrollarlo una parte de control y una de potencia.

La parte de potencia consta de un inversor monofásico DC/AC tipo puente, tres fuentes de 12 VDC para polarizar los optotransistores NPN PC817; una fuente de 5 VDC para polarizar el microcontrolador ATmega 16; y una fuente de 100 VDC para el motor. El control se realiza con el microcontrolador ATmega 16 con el cual se genera las ondas SPWM y se varía la velocidad del motor en un rango del 50% al 100%.

FUNDAMENTO TEORICO

Inversores monofásicos en puente

MODULACIÓN SENOIDAL DE ANCHO DE PULSO (SPWM)

Comparación; b) señal S1,S2; 2 niveles El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo y negativo (2 niveles): Comparación; b) señal S1,S2; c) señal S3, S4

3 niveles El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo, cero y negativo: Comparación, b) SPWM para S1 y S3, c) Señal para S2, d) Señal para S4

MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN Características: TIPO DE MOTOR:MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN MARCA:TOSHIBA VOLTAJE NOMINAL:100Vac FRECUENCIA:60 Hz CORRIENTE:0.5 A POTENCIA:45W VELOCIDAD:238.7rpm

CRITERIOS DE DISEÑO MOSFETS IRF830 Voltaje Drenaje Fuente VDS 500 V Voltaje Drenaje Compuerta(RGS= 20kΩ)… VDGR=500 V Corriente continua de drenaje ID=4.5 A Voltaje Compuerta Fuente VGS=20 V Maxima Potencia de Disipación PD=75 W Tiempo de retardo de encendido to(on)=17 ns Tiempo de retardo de apagado to(off)=53 ns Tiempo de subida Tr=23 ns Tiempo de bajada Tf=23 ns

DIODOS 1n4007 Voltaje pico inverso (VPI) de -110 V

FUENTES Se utilizó tres fuentes aisladas para el activado de los MOSFET, una para cada optotransistor de la parte superior del inversor y la ultima fuente para los tiristores conectados en la parte inferior.

REGULADORES Se utilizó reguladores de voltaje de la familia LM78xx los cuales entregan una corriente máxima de 1 A. Poseen protección contra sobrecargas térmicas y contra cortocircuitos, que desconectan el regulador en caso de que su temperatura de juntura supere los 125°C.

DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROL MICROCONTROLADOR ATMEGA 16 Características:Voltajes de operación……4,5 a 5,5 Vdc Frecuencia de trabajo…….0 a 16 MHz Memoria flash……………..16Kb Microprocesador………….8bits Memoria SRAM……………1Kb Memoria EEPROM………..512Bytes Interfaz JTAG 2 Timers/Contadores (8bits) 1 Timer (16bits) 8 Canales ADC I2C Interfaz Serial

PROGRAMA DE CONTROL El programa de control que se realizó para este proyecto se lo ha trabajado en el lenguaje BASIC de programación para el microprocesador ATmega16 con su programa BASCOM-AVR. Se ha dividido el trabajo de programación en diferentes partes importantes para la optimización del programa y además para poder variar el programa si se desea ampliar los beneficios del mismo.

PROGRAMA DE CONTROL CONFIGURACIÓN INICIAL INTERRUPCIONES TABLAS DE FORMAS DE ONDA CASO 1: SPWM DOS NIVELES CASO 2: SPWM TRES NIVELES

Circuito de Control

grados radianes seno respues1 trian 95,25 95 127 1 0,01745329 0,01745241 96,9123417 96 141,22222 141 2 0,03490659 0,0348995 98,5741771 98 155,44444 155 3 0,05235988 0,05233596 100,235 100 169,66666 169 4 0,06981317 0,06975647 101,894304 101 183,88888 183 5 0,08726646 0,08715574 103,551584 103 198,1111 198 6 0,10471976 0,10452846 105,206336 105 212,33332 212 7 0,12217305 0,12186934 106,858055 106 226,55554 226 8 0,13962634 0,1391731 108,506238 108 240,77776 240 9 0,15707963 0,15643447 110,150383 110 254,99998 254 10 0,17453293 0,17364818 111,789989 111 240,83334 11 0,19198622 0,190809 113,424557 113 226,666674 12 0,20943951 0,20791169 115,053589 115 212,500008 13 0,2268928 0,22495105 116,676588 116 198,333342 14 0,2443461 0,2419219 118,293061 118 184,166676 184 15 0,26179939 0,25881905 119,902514 119 170,00001 170 16 0,27925268 0,27563736 121,504458 121 155,833344 17 0,29670597 0,2923717 123,098405 123 141,666678 18 0,31415927 0,30901699 124,683869 124 127,500012 19 0,33161256 0,32556815 126,260367 126 113,333346 20 0,34906585 0,34202014 127,827419 99,16668 99 21 0,36651914 0,35836795 129,384547 129 85,000014 85 22 0,38397244 0,37460659 130,931278 130 70,833348 70

DIAGRAMA DE FLUJO

PROBLEMAS CON EL PROYECTO TABLAS DE ONDAS TRIANGULAR Y SINUSOIDAL FRECUENCIA DEL SPWM TIEMPOS MUERTOS ARRANQUE DEL MOTOR DISIPADORES DE CALOR

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Es recomendable para el buen funcionamiento del motor realizar una rampa de aceleración, ya que se debe vencer el torque de inercia en el arranque del motor. En la parte del programa de control se optó por realizar tablas de las señales triangular y sinusoidal con una relación de 10 a 1 para la comparación y la obtención de la señal SPWM.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se realizó una conversión de voltaje AC/DC de 60Hz a una DC/AC de diferente frecuencia. La polarización de los optotransistores se la puede realizar mediante drivers IR2102 el cual provee de dos señales de polarización con tierras diferentes, pero debido a que éstos son muy sensibles a cortocircuitos no se los utilizó en el proyecto.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El perjuicio es que introducimos armónicos en la red ya que estamos obteniendo ondas senoidales basándonos en modulación de anchos de pulso con corriente continua Se debe tomar en cuenta que la implementación de una protección adicional contra cortocircuito es necesaria debido a que los mosfets son muy sensibles a esto.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La diferencia de usar la técnica de modulación de dos y tres niveles es que en la de tres se obtiene mayor potencia activa en la carga, con lo cual tenemos un mejor rendimiento en el motor. La desventaja de usar los conversores AC/DC y DC/AC es que el motor tiene un voltaje nominal de 110V pero al rectificarle en la carga no podemos tener el mismo voltaje sino es menor y perjudica a la potencia de salida.