PROYECTO DE CONTROL CON MICROPROCESADORES CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN EMPLEANDO LA TÉCNICA DE CONTROL SPWM. Dalton Celi.

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1 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

2 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. 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.

3 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. 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.

4 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. 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%. 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%.

5 FUNDAMENTO TEORICO

6 Inversores monofásicos en puente

7 MODULACIÓN SENOIDAL DE ANCHO DE PULSO (SPWM)

8 2 niveles a)Comparación; b) señal S1,S2; b)c) señal S3, S4 El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo y negativo (2 niveles):

9 3 niveles a)Comparación, b) SPWM para S1 y S3, b)c) Señal para S2, d) Señal para S4 El voltaje de salida es un voltaje variante entre positivo, cero y negativo:

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

11 CRITERIOS DE DISEÑO MOSFETS MOSFETS 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 IRF830

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

13 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. 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.

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16 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 Poseen protección contra sobrecargas térmicas y contra cortocircuitos, que desconectan el regulador en caso de que su temperatura de juntura supere los 125°C.

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

18 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. 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. 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.

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

20 Circuito de Control

21 gradosradianessenorespues1senotrian 00095,2595127 10,017453290,0174524196,912341796141,22222141 20,034906590,034899598,574177198155,44444155 30,052359880,05233596100,235100169,66666169 40,069813170,06975647101,894304101183,88888183 50,087266460,08715574103,551584103198,1111198 60,104719760,10452846105,206336105212,33332212 70,122173050,12186934106,858055106226,55554226 80,139626340,1391731108,506238108240,77776240 90,157079630,15643447110,150383110254,99998254 100,174532930,17364818111,789989111240,83334240 110,191986220,190809113,424557113226,666674226 120,209439510,20791169115,053589115212,500008212 130,22689280,22495105116,676588116198,333342198 140,24434610,2419219118,293061118184,166676184 150,261799390,25881905119,902514119170,00001170 160,279252680,27563736121,504458121155,833344155 170,296705970,2923717123,098405123141,666678141 180,314159270,30901699124,683869124127,500012127 190,331612560,32556815126,260367126113,333346113 200,349065850,34202014127,82741912799,1666899 210,366519140,35836795129,38454712985,00001485 220,383972440,37460659130,93127813070,83334870

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25 DIAGRAMA DE FLUJO

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

28 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. 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. 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.

29 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se realizó una conversión de voltaje AC/DC de 60Hz a una DC/AC de diferente frecuencia. 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. 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.

30 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 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. 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.

31 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 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. 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.