PROYECTO DE CONTROL CON MICROPROCESADORES

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

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.

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.

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

9. 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

10. 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

11. CRITERIOS DE DISEÑO IRF830 • 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

12. DIODOS • 1n4007 • 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.

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 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 • 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

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. • 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 • INTERRUPCIONES • TABLAS DE FORMAS DE ONDA • CASO 1: SPWM DOS NIVELES • CASO 2: SPWM TRES NIVELES

20. Circuito de Control

25. DIAGRAMA DE FLUJO

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