LABORATORIO #2 REGUL AD OR DE VEL OCIDAD E INVERSIÓN DE GIRO DE MOTOR DC
1. Objetivos.Regular la velocidad de un motor continuo mediante la técnica de PWM (PWM: Pulse Width Modulation) y controlar el sentido de giro del mismo.
2. Introducción.Para desarrollar y cumplir con nuestro objetivo diseñaremos un circuito el cual lo dividiremos en etapas para poder comprender mejor el mismo. 2.1 Etapas del circuito.-
Generador de señal triangular Con LM555
Comparador
Puente H para inversión de giro
Motor DC
3. Marco teórico.3.1. 3.1. Moto r de Corriente Contin ua
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estátor que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estátor además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.
3.1.1. Sentido de g iro
El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. El motor girará en uno u otro sentido dependiendo de la polaridad de la corriente que apliquemos en sus bornes. Una forma sencilla de control es por medio de relés, aunque no resulta práctica para la robótica porque tienen un elevado tiempo de respuesta y son susceptibles de problemas mecánicos. Otra forma de control más interesante son los llamados puentes H . Se llaman puentes H por la forma que tiene el esquema, cuatro transistores y un motor en el medio formando una H .
3.2. Mod ulación po r Anc ho d e Pulso (PWM).-
La modulación por ancho de pulsos de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:
D es el ciclo de trabajo τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T es el período de la función
Al variar el ciclo de trabajo también variamos el voltaje medio (V 0) en la carga y como la velocidad de un motor de C.C es proporcional a l voltaje medio (V 0), también variamos la velocidad del motor. Puente “H” o circuito inversor de giro.
En la figura. Se muestra la conexión de un puente H, que es la unión de cuatro transistores unidos, los cuales se los puede hacer conducir en un sentido y luego en el otro sentido. Estos transistores trabajan en corte y saturación.
4. Desarrollo del circuito 1. Etapa. - Diente de sierra con el 555 El multivibrador astable 555 puede utilizarse como generador de rampas (generador de diente de sierra). Si se carga un condensador a través de una resistencia se produce una forma de onda exponencial. Si se usa una fuente de corriente constante en vez de la resistencia, la tensión del condensador es una rampa. Esta es la idea que hay detrás del circuito de la Figura .
Se ha sustituido la resistencia de un circuito en configuración monoestable por un transistor pnp como fuente de corriente que produce una corriente de carga constante de:
Cuando una señal de disparo arranca el temporizador monoestable, el transistor pnp fuerza una corriente de carga en el condensador. Por tanto, la tensión a través del condensador es una rampa, como se muestra en la Figura. La pendiente S de la rampa viene dada por: Como la tensión del condensador tiene un máximo en 2 Vcc antes de que se 3
descargue, el valor del pico de la rampa mostrada en la Figura . E s:
; Donde es el Voltaje pico de la Rampa
Y la duración T de la misma es:
RV3 R2 2k7
Q1
% 3 4
100k
8
C4 4
100n
R
C C V
C2
U1 Q DC
5
BC558AP 3 7
CV
10n 2
C3
Gráfica de Vo
TR
D N G TH 1
LM555
+ 6
R1 270k
1u
2da Etapa.- Circuito comparador o regulador de Velocidad
Mediante el siguiente circuito se lograra regular la velocidad del motor, haciendo variar el ancho del pulso que producirá el modulador. Para poder producir este modulador se debe generar una onda diente de sierra y luego ser comparada con una señal continua variable. El comparador utilizado en el presente laboratorio es el TL084 el cual compara dos voltajes de entrada, V ramp y Vref . El Vramp es el generador de diente de sierra con frecuencia determinada y está conectada a la entrada (-). El V ref es un voltaje controlado por un potenciómetro para poder hacer variar el valor de la tensión constante y de este modo lograr regular el ancho del pulso y está conectado al pin (+). La señal de salida del comparador se la define como el tiempo en alto T H de V0. La operación del circuito se sintetiza por sus características de entrada-salida. El ancho de
pulso de salida T H es cambiado (modulado) por V ref . El Vramp establece el periodo constante de salida. Por tanto V ramp lleva la información en Vref. Se dice que V 0 es una onda modulada por el ancho de pulso. La ecuación de entrada - salida es:
Vo
Diente de sierra V CC
5 4
V ref
3 2 1
Tiempo
0
V 0
U2 7 1
5
V CC
4
RV1
VD - diente de sierra 3
Vmed= señal modulada 6
2
(PWM)
2
% 6 5
3
1
Tiempo
0
4 5 1M
V 0 LM741 5
V CC
4 3 2 1 0
Tiempo
3era Etapa.- Puente “H” o circuito inversor de giro.
En la figura siguiente se muestra la conexión de un puente H, que es la unión de cuatro transistores unidos, los cuales se los puede hacer conducir en un sentido y luego en el otro sentido. Estos transistores trabajan en corte y saturación.
El transistor que se utiliza, es dependiendo de la carga que utilicemos (el motor), la utilización del negador, es para habilitar dos transistores con un solo interruptor. Si la entrada digital está en 1 , los transistores que se habilitaran serán Q1 y Q3, mientras que Q2 y Q4 están abiertos por tanto el motor gira en sentido horario, cuando la entrada digital se coloque a 0 , los transistores que se habilitaran serán Q2 y Q4, Q1 y Q3 están abiertos por lo tanto el motor girar en sentido anti horario. Ambos circuitos se muestran en la figura siguiente. Giro sentido horario
Giro sentido anti-horario
Manejo de potencia para motores c on el integrado L293D
El circuito L293D es un driver de cuatro canales, es decir es un circuito que puede controlar la conexión de una carga con la fuente o con masa y soporta corrientes de hasta 1 amp por canal. Y además de poseer como alimentación un amplio rango entre 4.5 a 36v. Además posee dos pines que habilitan y deshabilitan un par de drivers cada uno, lo que hace ideal a estos pines para poner en ellos la señal PWM. El pin 1 es la entrada de la señal PWM. Usamos un switch para invertir la polaridad de los drivers y así cambiar el sentido de giro del motor C.C Su diagrama y la configuración de pines se observa a continuación. Configuración interna de cada driver (pushpull)
El integrado permite formar, entonces, dos puentes H completos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. En este caso el manejo será bidireccional, con frenado rápido y con posibilidad de implementar fácilmente el control de velocidad.
Circuito inversor de giro para el motor DC
5.- Circu ito final.-
3 6
8
S V
3 4 T T U U O O D N G
S S V
D N G
6 1
1 2 T T U U O O
1 2 1 N N I N I E
3 R
k 7 . 4
D 3 9 2 L
1 4 1 1
3 U
2 7 1
2 3 4 N N N E I I 9 0 5 1 1
4 A : 0 L 4 S U 4 7 T S
1
2
P 1 S W W S S
2 U
6
1
5
7
4 8 0 L T
4
3
2
1 V R
M 1 % 6 3
3 V R
k 0 0 1
0 1 k R 7 2
% 3 4
1 Q
2 R
7 k 2
P A 8 5 5 C B
3
1 Q U 8
7
6
C D
H T
C C V
D N G
V C
R 4
n 4 0 C 0 1
1
R T
5
2 C
5 5 5 M L
2 n 0 1
3 u C 1
6.- Con clu sio nes.-
Se pudo cumplir con todos los objetivos trazados llegando a controlar exitosamente el motor DC, creando un circuito reducido pero a su vez eficaz que se dividio en 3 etapas básicas que son la generación de diente de sierra, comparación y a su vez modulación (PWM) e inversor y a su vez amplificador de corriente para el motor. Reemplazamos el puente H de transistores por el driver L293D que nos permite manejar mucho más corriente.
