control de velocidad de un motor de cd modificado
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VICTORIA 3 de julio de 2010
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VICTORIA
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA
DR. RODOLFO A. ECHAVARRÍA SOLÍS
CARRERA: INGENIERÍA MECATRÓNICA
MATERIA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CUATRIMESTRE: MAYO-AGOSTO 2010
ERIK ALEJANDRO IBARRA RETA JOSE OMAR TREVIÑO MONREAL DANIEL SUSTAITA GONZALEZ GUSTAVO MALDONADO RIVERA EDGARDO ANASTACIO MARTÍNEZ GONZÁLEZ
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INDICE
Página
Introducción……………………………………………………………………………………………………………………………….3
Lista de Materiales para la práctica…………………………………………………………………………………………….7
Desarrollo de la práctica…………………………………………………………..………………………………………………11
Circuito simulado en LiveWire……………………………………………………………………………………………….…12
Formas de onda del control de velocidad de un motor de CD…………………………………………….…...14
Conclusiones…………………………………………………………………………………………………………………………...19
Bibliografía consultada………………………………………………………………………………………………………….…20
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INTRODUCCIÓN
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.
Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.
Figura 1.- Motor de CD.
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con módulo
F: Fuerza en Newtons. I: Intensidad que recorre el conductor en amperios. l: Longitud del conductor en metros lineales. B: Inducción en teslas.
Figura 2.- Conductor de metal.
Si el conductor está colocado fuera del eje de giro del rotor, la fuerza producirá un momento que hará que el rotor gire.
El rotor no solo tiene un conductor, sino varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.
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Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.
FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UN MOTOR
Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines.
La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.
Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza, y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.
NÚMERO DE ESCOBILLAS
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.
En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.
SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.
La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.
Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.
Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la FMM (fuerza magnetomotriz).
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REVERSIBILIDAD
Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.
Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.
En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.
En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.
Figura 3.- Movimiento del estator.
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MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
1 motor de CD a 12V. Un potenciómetro de 100kΩ. Tres resistencias de 1kΩ. Un diodo fast recovery con número de serie 1N4148. Dos fuentes de alimentación. Una pinza de corte. Una pinza de sujeción. Un transistor con número de serie TIP121. Unas puntas con caimanes. Un multímetro digital. Un osciloscopio digital de dos canales. Cable UTP. Un circuito TTL integrado con número de serie LM-339.
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Figura 4.- Configuración del transistor TIP121.
Figura 5.- Configuración del optoacoplador de CD con número de serie PC817.
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Figura 6.- Configuración del comparador LM339.
Figura 7.- Configuración del diodo fast recovery 1N4148.
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Figura 8.- Potenciómetro de 100kΩ.
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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Durante el desarrollo de la práctica se implementará un control de velocidad para un motor de CD de 12V, el proceso siguiente para dicho control es:
a. La señal de entrada en el comparador puesto en modo de derivador, el cual arrojará una señal de salida en forma cuadrada, variando su amplitud respecto a un potenciómetro de 100kΩ, el cual variará según sea el caso.
b. La señal cuadrada del comparador entrará a un optoacoplador de CD con transistor a la salida, todo para aislar la etapa de control de la etapa de potencia.
c. La señal de salida del optoacoplador será enviada al transistor TIP 121, el cual estará en modo de corte y saturación.
d. Debido a las variaciones en amplitud del potenciómetro de 100kΩ, este encenderá y apagará el motor de CD, claro son variaciones en sus revoluciones debido a la disminución o aumento de voltaje que será tomado de VCC, de acuerdo al modo del transistor en corte y saturación.
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Figura 9.- Diagrama del circuito de control de velocidad de un motor de CD simulado con el software de aplicación electrónica LiveWire.
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Figura 10.- Diagrama del circuito de control de velocidad de un motor de CD simulado con el software de aplicación electrónica LiveWire.
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FORMAS DE ONDA EN UN CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CD
Figura 11.- Motor de CD con cero ohmios.
Figura 12.- Motor de CD con 6.5V.
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Figura 13.- Motor de CD encendido.
Figura 14.- Motor de CD al máximo.
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Figura 15.- Motor de CD apagado - Medición a la salida del optoacoplador.
Figura 16.- Motor de CD - Medición a la salida del optoacoplador con 1.62V.
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Figura 17.- Motor de CD, medición a la salida del optoacoplador con 2.31V.
Figura 18.- Motor de CD, medición a la salida del optoacoplador con 3.36V.
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Figura 19.- Motor de CD apagado, medición a la salida del colector del TIP 121.
Figura 20.- Motor de CD encendido, medición a la salida del colector con 9.86V del TIP 121.
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CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de la práctica demostramos cómo se controla un motor de CD, con un transistor en modo de corte y saturación, el cuál será un previo conocimiento para el proyecto final, el cual no es necesario mencionar en este reporte.
Prácticamente variando el potenciómetro de la señal positiva del comparador se variaba la amplitud del voltaje de la señal cuadrada, que entraba al optoacoplador, que cuya salida llegaba a la base del transistor TIP 121, el cual operaba en corte y saturación, así encendiendo y variando la velocidad del motor de CD, y apagándolo variando el potenciómetro de 100kΩ.
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BIBLIOGRAFÍAS CONSULTADAS EN INTERNET:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/jgd/1N4148.pdf (diodo fast recovery 1N4148)
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/Sharp/mXtwxrt.pdf (PC817 optoacoplador)
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/TIP127.pdf (TIP121 transistor NPN)
http://www.fersay.com/download/bancorecursos/Fersay/productos/E-RF300EA-1D390.jpg
http://www.mimecanicapopular.com/vergral.php?n=180
http://www.sapiensman.com/electrotecnia/imagenes/motores_electricos9.jpg
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrotecnia/ap2/motores04.jpg
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrotecnia/ap2/motores03.jpg
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