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PROYECTO DE LABORATORIO DE ELECTRONICA B
Control de Temperatura por Histresis.1
Introduccin
El presente informe tiene por motivo dar a conocer un sistema decontrol de temperatura utilizando como base la histresis para
demostrar el amplio uso de este sistema el cual puede ser aplicado
en muchas reas.
Como nosotros sabemos en la actualidad las personas y sobre todo
las industrias requieren de ciertas tecnologas para suplir
diferentes necesidades, entre estas esta el poder controlar
distintas clases de cosas, por ejemplo la temperatura. Por lo tanto
los ingenieros electrnicos han realizado investigaciones para as
poder resolver este problema, en busca de mejorar la calidad de
vida.
Resumen
El proyecto hace un control todo a nada; es decir el usuario ajusta
la temperatura que desea y la fuente de calor se enciende o no
segn la lectura del sensor. Nosotros podemos regular la
temperatura de referencia dependiendo del uso del que le vayamos
a dar y ajustaremos a conveniencia el lapso entre encendido y
apagado de la fuente de calor.
Especficamente podremos obtener temperaturas mayores a las del
ambiente donde est expuesto el equipo hasta 35C, debido a que la
fuente de calor es un foco incandescente de 100W.
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Control de Temperatura por Histresis.2
Objetivo
Este proyecto est diseado para poder controlar la temperatura
en un ambiente reducido, usando un sistema realimentado conrespuesta por histresis
Diagrama de bloques del sistema
Anlisis Terico y Clculos Matemticos
Etapa de realimentacin
La realimentacin la tenemos mediante el circuito integrado de
sensor de temperatura LM335, de fcil calibracin, opera como un
zener; su voltaje es directamente proporcional a la temperatura en
10mV/K. Su rango de operacin est entre -60C y 150C.El sensor
nos da una lectura de:
Realimentacin
EtapaDe
Control
Referencia
De
Temperatura
EtapaDe
Potencia
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Control de Temperatura por Histresis.3
V_sensor=0.01V/K, por lo tanto: 0C=273K elV_sensor=2.73Vy a 27C=300K elV_sensor=3VQuiere decir que el V_sensor=2.73+0.01V/CSe debe acondicionar la seal de tal manera que a 0C tengamos 0V,
y a 50C sea 5V.
( )
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Control de Temperatura por Histresis.4
En las especificaciones se requiere un ancho de ventana de 20C, esdecir Y debido a que se est trabajando con fuente dual de ||
se puede hallar la relacin y buscar los valores apropiadospara cumplir tales requerimientos.
Reemplazando se obtiene es decir la relacin
Por lo tanto segn los valores comerciales para resistores con y se satisface la relacin y se acomoda a lasdemandas del proyecto.
Diseo
Utilizaremos un amplificador restador con ganancia de 10, puesto
que tenemos que restar los 2.73V y tener una funcin de 0.1TC
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Control de Temperatura por Histresis.5
Etapa de referencia
Se desea insertar una referencia de 40C, esto quiere decir 4V,
debido a las condiciones planteadas en el proyecto ya que se nos
pidi un rango fijo, por lo tanto tendremos una referencia fija.
Puesto que si no hubiesen pedido un rango fijo, se hubiese podido
cambiar la referencia a conveniencia del usuario.
Diseo
Para sacar el voltaje fijo de 4V aplicamos divisor de voltaje.
Vk
kV
RRR
RVV
in 43
1*12
191817
194
Utilizamos el amplificador operacionalLM741 para acondicionar la seal y tambinse lo utiliza como acoplamiento deimpedancia seguidor de voltaje para queno afecte el divisor de tensin a los dems
circuitos.
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Control de Temperatura por Histresis.6
Etapa de control
El funcionamiento del proyecto es el siguiente: si en el ambienteexiste una temperatura mayor a 50C detectada por el sensor
entonces solo as se encender el foco, en caso de que la
temperatura detectada por el sensor sea menor a 30C, el foco
permanecer apagado. En cambio si la temperatura detectada por el
sensor es mayor o igual a 100C, el foco se apagar
automaticamente.
DiseoTenemos que utilizar Histresis realimentacin positiva con una
ventana desplazada al primer y cuarto cuadrante, donde la seal
V_0.1TC se conecta al pin inversor y la seal de referencia en el
otro terminal de la resistencia conectada al pin no inversor.
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Control de Temperatura por Histresis.7
Aqu nos podemos dar cuenta que la ventana de histresis esmanejada por un Opamp junto con un transistor, para poder
controlar los lmites de temperatura. De esta manera, le fijamos 10
voltios en el pin negativo del primer Opamp para que cuando la
temperatura recibida del sensor sea mayor a 100C, este se satura
positivamente y enva un alto al transistor, el cual tambin se
satura y se hace un corto, enviando de esta manera un voltaje
menor a 3V (cero voltios ya que est conectado a tierra), por lotanto la histresis dejara de funcionar, ya que a temperaturas
menores de 30C, el foco se apaga.
H
*Vi**Vi
Vref
V_0.1TC
Vout
+Vsat
-Vsat
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Control de Temperatura por Histresis.8
Etapa de potencia
Opto acopladorLas especificaciones del MOC 3041, tenemos que por el diodo
deber de circular una corriente mnima IFT de 15 mA, para esto
calculamos el valor de R, con un voltaje de 15V 0.7 V, lo cual nos
da un valor de R =0.9953k, comercialmente encontraremos el valor
de 1K.
MOC 3041
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Control de Temperatura por Histresis.9
Circuito de proteccin del Tiristor TRIAC BT137
El objetivo de proteccin para un tiristor es sobre todo el protegeral dispositivo de las elevadas de las velocidades de la tensin
nodo-ctodo y de la corriente de nodo. Si dv/dt en el tiristor es
demasiado grande, el dispositivo comienza a conducir sin que haya
una seal de puerta.
Red Snubber es un arreglo RC que se conecta en paralelo al tiristor
en un circuito de conmutacin, como una proteccin para el dv/dt;
cuyo objetivo es amortiguar el efecto de una variacin de
voltaje/tiempo pudiera ser destructiva para el tiristor.
Diseo de la red Snubber mtodo emprico
Debemos hacer uso de la siguiente ecuacin:
2)(
632.0
RRsCs
RV
dt
dv
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Control de Temperatura por Histresis.10
Donde R es la resistencia equivalente de la carga, V el voltaje de
alimentacin, Rs y Cs son la resistencia y capacitancia de Snubber.
En este proyecto la carga es un foco incandescente de 100W a
120VAC, por lo tanto la resistencia equivalente de la carga es:
De lo anterior la corriente nominal de la carga es:
Para hallar la Rs se considera que la corriente de descarga es 10
veces la corriente de la carga
De la caracterstica dinmica del tiristor tenemos
144100
120 22
P
VR
mAR
V
IL 33.833144120
4.14
33.833*10
120
*10 mAI
VRs
L
s
V
dt
dvcom
20
FF
s
VRRs
dt
dv
RVCs
022.076.21
)1444.14(20
120*144*632.0
)(
632.0
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SIMULACION EN PROTEUS Y PSPICE
Carga inactiva, Temperatura < 30C
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Control de Temperatura por Histresis.12
Carga activa, Temperatura >50C
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Control de Temperatura por Histresis.13
Carga inactiva, Temperatura > 100C
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Control de Temperatura por Histresis.14
Grfica De Histresis
V(VI)
0V 1.0V 2.0V 3.0V 4.0V 5.0V 6.0V 7.0V
V(VO)
-10V
0V
10V
(5.3706,-11.712)(3.0210,-11.743)
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Control de Temperatura por Histresis.15
TABLA DE COMPONENTES Y PRECIOS
LM741 Opamp 5 0,35 1,75
BT136 Triac 2 0,75 1,50
MOC3041 Opto Triac 1 0,75 0,75
LM335 Sensor Tempertura 1 2,00 2,00
1N4148 Diodo 2 0,05 0,10
Resistor Resistor 1/4 W 19 0,05 0,95
Potenciometro Potenciometro 3 0,25 0,75
Terminal de tornillo Terminal de tornillo 6 0,25 1,50
Socalos Socalos 5 0,05 0,25
Masilla Masilla 1 2,00 2,00
FOTOGRAFAS
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IMPRESO DEL PCB
Diseo de las pistas
Arte Negativo
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Control de Temperatura por Histresis.17
Vista en 3D
Con componentes
Sin componentes
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Control de Temperatura por Histresis.18
HOJA DE ESPECIFICACIONES DE COMPONENTES
Sensor LM335
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Control de Temperatura por Histresis.19
Triac BT 136
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Control de Temperatura por Histresis.20
Optoacoplador Moc 3041
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Control de Temperatura por Histresis.21
CONCLUSIONES
En la etapa de realimentacin se utiliz un sensor LM335 de
temperatura, que tiene una respuesta de 10mV/oK, siendo su valor
estndar para 0C de 2,73V, ste est unido a una etapa de
Acondicionamiento de Seal, aqu pasara a travs de 2
amplificadores operacionales, los cuales harn que esta seal
adopte un comportamiento, de tal modo que al valor de 0C ste nos
d el valor de 0 voltios, y a 50C nos d el valor de 5 voltios.
El comportamiento es el siguiente, si el valor del sensor es menor
que el voltaje de referencia, entonces el control har que se activeel TRIAC a travs del MOC3041(OPTOTRIAC), hasta que alcance el
valor mximo permitido por la histresis, en este caso de Vref +
0.014 voltios, si la salida del sensor sobrepasa este lmite, el
control desactiva el TRIAC, con lo que la resistencia de calefaccin
se apagara y se enfriara paulatinamente, hasta llegar al voltaje
inferior, donde se activara de nuevo.
En la etapa de potencia se empleo un OPTOTRIAC con cruce por
cero y un TRIAC, para evitar que el voltaje negativo dae el diodo
IR que se encuentra en el OPTOTRIAC (MOC3041), se uso el
detector de cruce por cero para tratar de eliminar los armonicos
que se produce al actvar la seal de carga, es decir cuando hay un
retardo de disparo fuera de fase con la seal de la lnea, esto
produce la generacin de armonicos para compensar la forma de laonda
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RECOMENDACIONES Y APLICACIONES
Al realizar el proyecto es recomendable escoger correctamente los
valores de las resistencias y dems elementos para asegurarnos que
el circuito funcione y evitar que se dae por una sobrecarga.
El circuito est diseado para las siguientes aplicaciones:
Incubadora, cabina, habitacin, plancha.
Bibliografa
Libro de Laboratorio de Electrnica B, autor Ing. Sara Ros
http://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asp
http://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asphttp://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asphttp://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asp -
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http://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis
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