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CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFASICO POR PWM
1. Introducción
Por medio de la técnica de modulación de ancho de pulso se puede realizar un control para sistemas que están a larga distancia ya que se puede evitar la interferencia proveniente del exterior permitiendo realizar un control de la forma más óptima.
La ventaja de utilizar el ancho de pulso como control de una variable, es que no se ve afectada por ruido eléctrico, inyectado a lo largo de la línea de transmisión, sin importar si la amplitud del pulso se ve reducida por el ruido externo o por la misma resistencia de la línea de transmisión; ya que el circuito no está observando la amplitud de la señal si no la frecuencia que ésta posee además del ancho de pulso Ton o Toff.
La aplicación del PWM se realiza por medio del PIC16F84, el cual posee un programa que se describirá en un apartado de este informe.
Para el aislamiento entre la parte de potencia y la parte electrónica de control, se usan optoaisladores, que evitan posibles daños en la parte de control.
2. COMPONENTES
PIC 16F84
ADC0804
MOC3041
POTENCIÓMETRO DE 10K
RESISTENCIA DE 4.7K , 20K, 10K, 1K, 220
CONDENSADORES 150 PF
VARISTOR
3. DESCRIPCIÓN de componentes
ADC0804
Este circuito integrado forma parte de una familia de conversores A/D fabricados por
National Semiconductor, compuesta por los ADC0801, ADC0802, ADC0803 y ADC0804.
Características:
Estos convertidores de aproximaciones sucesivas son muy utilizados por su relación
velocidad / precio.
Disponen de 8 bits de salida con posibilidad de triestado, lo que facilita su conexión a un
microprocesador, dado que pueden conectarse varios en un bus, y elegir solo uno de ellos
a la vez por medio de un "1" en uno de sus pines.
El que sea un conversor A/D de 8 bits en la práctica se traduce en que el valor medido
(una tensión de entre 0 y 5voltios) será un número binario entre 00000000 y 11111111
(en decimal, un número entre 0 y 255). Podemos calcular la "resolución" del conversor
haciendo el cociente: 5 voltios / 256 = 0.0195 volt. Es decir que podremos discernir
variaciones de unas dos décimas de volt usando este chip.
Tiene un tiempo de conversión de 100 nanosegundos (es decir, se pueden hace 10
millones de conversiones por segundo). Los dispositivos trabajan con una tensión de
alimentación de + 5 V y disponen de un reloj interno, si bien admite que se conecte uno
externo.
Su pinout puede verse en la figura siguiente:
El pin 1, denominado CS (Chip Select - Seleccionar Chip) es el habilita al chip a ser
utilizado. Si este pin esta a nivel alto (5V, o un "1" logico) el chip se encuentra
deshabilitado, sus salidas se comportan como si estuvieran desconectadas del bus de
datos (en nuestro caso, de la PC). Si ponemos este pin a masa (0 Volt o "0" lógico) el chip
queda seleccionado.
El segundo pin, RD, es el que permite la lectura de los datos convertidos. WR activado
durante al menos 100 nanosegundos es el que le pide al chip que comience con la
conversión. Esto le lleva aproximadamente unos 200 nanosegundos, durante los cuales
INTR pasa a nivel alto. El chip informa que se completo poniendo en bajo nuevamente el
pin 5 (INTR).
Los pines 6 y 7 son los que "leen" el valor analógico a convertir. Estas entradas analógicas
Vin(+) y Vin(-), están protegidas contra sobrecargas, pero para un correcto
funcionamiento, las señales aplicadas deben estar comprendidas entre 0V y la tensión de
alimentación.
El dato en forma binaria se hará presente en las salidas, pines 11 al 18 (D7 a D0). El pin 11
es el que contiene el MSB (Most Significative Bit - Bit mas significativo). Estas salidas
tienen un latch que mantienen su valor hasta que se peticione una nueva conversión. Si se
deja el pin 9 (Vref / 2) en circuito abierto, la tensión de referencia que se obtiene
internamente es la mitad de la tensión de alimentación, en nuestro caso serian 2.5v
(5V/2).
Instrucciones:
Las instrucciones del ADC0804 son: CS (Chip Select) - Autoriza el funcionamiento del
convertidor. En nuestro caso, como solo tendremos un conversor conectado al bus,
pondremos este pin a masa directamente.
WR (Write) - Da la orden de inicio del conversor.
RD (Read) - Efectúa la lectura de los datos.
INTR - Indicador fin conversión.
Con CS y WR en "1" el convertidor A/D se bloquea y no actúa.
La conversión empieza con la llegada de un pulso "1" a la entrada de WR si la entrada de
CS esta a 0.
Durante la transición de "1" a "0" de la señal en la entrada del WR o del CS, se resetean el
controlador interno, y el registro de datos y la salida del INTR se pone a "1"
Después de que la conversión se completa el pin INTR realiza una transición de "1" a "0" ,
esto puede ser usado para interrumpir un microprocesador o señalar la posibilidad de un
nuevo resultado para otra conversión.
Una operación de lectura del RD con CS a "0" limpia la INTR y autoriza los latch de salida.
Los periodos entre transiciones de "0" a "1" o de "1" a "0" deben ir precedidos de unos
periodos de tiempo en espera de 0,5 milisegundos para permitir la adecuación de todos
los circuitos internos del conversor A/D. Este tiempo puede ser menor aunque es cuestión
de controlar las tablas de tiempos según el proceso que se este realizando
Para conseguir una conversión en continuo CS y RD deben de estar a 0 y el pin INTR
conectada a la entrada de WR. Esta conexión INTR/WR fuerza a "0" el pin WR y asegura la
operación del circuito.
PIC16F84
Se trata de uno de los microcontroladores más populares del mercado actual, ideal para
principiantes, debido a su arquitectura de 8 bits, 18 pines, y un set de instrucciones RISC
muy amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de:
Memoria Flash de programa (1K x 14).
Memoria EEPROM de datos (64 x 8).
Memoria RAM (68 registros x 8).
Un temporizador/contador (timer de 8 bits).
Un divisor de frecuencia.
Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el puerto A y 8
pines el puerto B).
Manejo de interrupciones (de 4 fuentes).
Perro guardián (watchdog).
Bajo consumo.
Frecuencia de reloj externa máxima 10MHz. (Hasta 20MHz en nuevas versiones).
La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo que significa que con
un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 Millones
de Instrucciones por Segundo (5 MIPS)
No posee conversores analógicos-digital ni digital-analógicos.
Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de
la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más).
Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 30 instrucciones
distintas.
4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación
entre registros, de salto.
Usos
En los últimos años se ha popularizado el uso de este microcontrolador debido a su bajo
costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones, que van desde los automóviles a
decodificadores de televisión. Es muy popular su uso por los aficionados a la robótica y
electrónica.
Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y principalmente en
C, para el que existen numerosos compiladores.
TRIAC BTA08
Un triac es un semiconductor de estado sólido que actúa como un interruptor de
alimentación de CA. Consta de tres pines que un acto similar a un interruptor de luz. Dos
clavijas son para la CA y la reducción (en general son intercambiables, por lo que se
denominan A1 y A2 en el esquema, en lugar de Ain y Aout), similar a los terminales
superior e inferior de un interruptor de luz.
El caliente o vivir de CA está conectado a un pin (A2 en el esquema), y la CA caliente
encendido está conectado a otro (A1 en el esquema). Como un interruptor de la luz,
cuando el triac está apagado, estos están desconectados, y no hay flujo de corriente AC,
y cuando está en el triac, están conectados, y los flujos de corriente AC a través del
triac.
El pasador de otra en la IC es la puerta, que hace el cambio. Cuando se aplica voltaje a
la puerta, el triac se enciende, y el AC corriente puede fluir a través del triac. La puerta
está generalmente controlada por OPTOISOLATOR A Un, un componente específico
para la conducción de triac. Consulte la sección siguiente.
El triac en los tablones de salida es un Triac BTA08-400B, de ST Microelectronics. Esto
es sólo un triac económica básica, y muchos otros equivalentes que funcionan bien.
Para este número, la BTA es una popular serie, la A significa que tiene una ficha aislada,
el 08 significa que puede manejar 8 amperios, el 400 significa que puede manejar hasta
400 voltios (se necesita espacio para las tensiones de pico, y Este es realmente el más
bajo que pude encontrar de todas formas), y el sufijo B significa que es una sensibilidad
estándar (que creo que significa que necesita un opto para conducirlo) y no es un triac
snubberless (lo que significa que necesita un amortiguador si cambia una carga
inductiva).
La lengüeta de la IC es la parte superior de la caja física, a menudo de metal con un
agujero en ella, para conectar a un disipador de calor. Triac puede pasar una corriente
por ellos mismos y sólo se caliente. El más corriente, más calor, y muchas veces (casi
siempre ...) se necesita un disipador de calor para disipar el calor. Un disipador de calor
es sólo un trozo de metal, generalmente con aletas, que se basa el calor en el aire.
La ficha está normalmente conectado a una de las clavijas de CA (en este caso, A2).
Siempre es térmicamente conectados, por lo que los disipadores de calor va a
funcionar. Algunos triac conectar eléctricamente la ficha a la red, y algunos aislar de él.
Estos triac-B en las tablas de salida Triac son aislados. Simplemente me gusta la idea de
que el disipador de calor no se vivir, y esto sólo le permite conectar un gran disipador
de calor en todos los triac sin cortocircuito todo junto. Creo que el no triac aisladas
tienen mejores calificaciones de transferencia térmica, por lo que disipa el calor de
manera más eficiente, pero la seguridad y la facilidad de triac aislados ganarme.
Cuando el triac no es aislado, las fichas y el disipador de calor son en vivo. En el caso
de nuestros tableros de salida TRIAC, elegí pin A2 para el lado caliente, un poco al azar,
para facilitar la disposición del tablero, y desde que se aisló el triac. Sin embargo, esto
significa que si el uso no triac aislados en nuestros foros, las fichas y el disipador de
calor está siempre vivo, incluso cuando las salidas son de descuento.
OPTOISOLATOR MOC3041
El optoacoplador es un circuito integrado (IC, un chip) que está específicamente diseñado
para conectar a los controles de baja tensión a un triac de alta tensión de CA. El opto en
los consejos de salida Triac es un chip de 6-pin, pero sólo 4 pines se utilizan: 2 para la DC
en, y 2 para la salida AC.
Internamente, el opto tiene tres secciones principales: un LED de entrada, un detector de
cruce cero, y un controlador de salida triac. (No todas las Optos tienen un circuito de
paso por cero, pero estos lo hacen.)
La entrada de LED es un diodo emisor de luz, muy parecida a la que usted ve en las placas
de circuitos. Turn it on, y brilla la luz. Pin 1, el ánodo, es la parte alta, que está conectado
a una resistencia pull-up, que es a su vez conectado a una tensión de alimentación DC, en
este caso 5V. Pin 2, el cátodo, es la parte baja, que actúa como el control de DC. Baja
este alfiler, y el LED se enciende. Vea la sección de entrada lógica a continuación.
Cuando el LED está encendido, brilla una luz dentro de la opto para activar el circuito de
paso por cero. Esto proporciona el aislamiento óptico (de ahí el nombre), ya que no hay
conexión eléctrica a partir de la entrada de CC a la salida de CA.
En la segunda sección en la optoelectrónica es el del paso por cero circuito detector de
voltaje. Esto empieza a trabajar cuando se detecta la luz LED. Se enciende y se apaga sólo
cuando el voltaje de CA es cero. Al encender o apagar la optoelectrónica, que se enciende
o apaga la CA en la próxima mitad del ciclo que atraviesa cero voltios. Esto significa que la
carga (por ejemplo, luces) se activa cuando no hay tensión, que es menos espinoso,
menos ruidosos, y más fácil de la carga. (Alguna vez escuche un interruptor de luz más
tenue zumbido o los filamentos de una bombilla zumbido cuando atenuado?) Este cruce
cero es muy útil para las luces intermitentes, pero impide el uso de la IC como un
regulador. Como no hay más circuitos de control necesarias para oscurecimiento de
todos modos, pensé que estos consejos básicos Triac salida sería bueno para el encendido
/ apagado y parpadea, y vamos a desarrollar un consejo regulador independiente.
La tercera sección en la optoelectrónica es el controlador de salida triac. Se trata
esencialmente de un mini-triac que los interruptores de CA dentro y fuera, con un poco
de poder, lo suficiente como para desencadenar un triac (pero no suficiente para llevar
una carga de sí mismo). Cuando el cero del circuito de cruce se enciende, este
controlador triac interruptores de la CA a la puerta del triac, que a su vez cambia la CA a la
carga.
Hay una resistencia de puerta de serie entre la entrada de línea de CA, y la patilla 6 de
alta lado de la salida del opto, R2 como un ejemplo en el esquema. Esta resistencia limita
la corriente máxima a través de la OPTOISOLATOR. Su valor es un equilibrio entre el límite
máximo actual, y permitir que la puerta corriente suficiente para activar el triac. Los
valores típicos varían entre 100 y 180 ohmios. Vea la Puerta de la Serie Triac nota de
aplicación resistencia para más detalles.
El opto en el tablero TriacOut4 es un MOC3041M, de Fairchild Semiconductor. La serie
MOC30xx es muy común, con diferentes versiones para diferentes voltajes y corrientes.
El MOC3041M es de 400 V pico, por lo que se encargará de 120 y 240 AC, y tiene una
entrada de corriente de 15 mA. Hay corrientes de entrada disponible más baja, que
afectaría a la selección de la resistencia pull-up. (Véase la TriacOut8.) Esta opto fue
elegido por menos costo y mayor disponibilidad, pero los otros estarían bien también.
Nota: los dos pines no utilizados, 3 y 5, deben permanecer desconectados. Pueden estar
conectados a algo internamente en la optoelectrónica. No suelo ellos o conectarse a
cualquier otra línea.
DC entrada lógica
De entrada lógica La tarjeta de salida Triac se compone de dos conectores y una
resistencia pull-up, que conectan a la entrada de la opto LED's.
Los dos conectores son un derecho cuadrados ángulo pines (J1), y un bloque de terminal
de tornillo (J2). Ellos son sólo de forma paralela entre sí, a ser flexible con la forma de
conectarse a la placa. La cabecera permite bordo a bordo de conexiones o cables o
enchufes de otros, y el bloque terminal de tornillo permite la conexión de cables
individuales directamente.
Pin 1 de los conectores es la fuente de CC a las resistencias, habitualmente de 5 V.
Pin 2 de los conectores no está conectado a nada, pero está disponible como un campo
de CC para otras placas, o si es necesario para algunas modificaciones.
Pin 3 es el control para el canal 1, la clavija 4 del canal 2, etc asignación de patillas para
garantizar la coherencia las diversas juntas Triac de salida, como el número de canales de
salida varía.
Conecte la entrada de los pines a los pines de salida de un controlador, por lo general un
controlador de transistor como un UDN2803. Tire de la entrada a tierra para activar la
salida de CA. El dispositivo tirando de la entrada de abajo debe ser capaz de hundirse a 15
mA.
Detalles de tensión de entrada de corriente
Especificado 5 min de suministro V del Opto, para mayor comodidad.
Elija el opto MOC3041M, con una entrada de 15 mA, un tanto arbitraria.
Utilizado 220 ohmios, de un 5V/15mA nominal, calculado como sigue:
De voltaje en la optoelectrónica de LED es 1.3V, por lo que (5 - 1.3) / 15 mA = 246
ohmios. La vuelta a la corriente arriba, y la resistencia de abajo, a una norma 220 ohmios.
Para la tensión máxima, la resistencia de 1/4W es el factor limitante. V ^ 2 / 220 ohm =
0,25 W, de modo que V = 7,4 V máx. 9 V habría sido agradable, y probablemente estaría
bien, corriendo las resistencias de calor, pero prefirió ser capaz de tener los 5 V para el
trabajo seguro.
De entrada AC y Fusible
La entrada de CA es formado por un conector y fusible. El tornillo de 2 pines bloque
terminal, J3, conecta la parte de conmutación (normalmente caliente) para el fusible y en
la triacs, y conecta a la parte común (generalmente neutro) a los pines común de todos
los conectores de salida.
Por lo general, cambia el calor a la carga, y conectar directamente neutral como la común
a la carga. Algunos de los códigos locales de electricidad a revertir esto, cambiar el
neutro. El circuito no le importa, y utiliza los términos Vac y común en el conector de
entrada para evitar vivo y neutral. Sólo mantenerlo recto.
El fusible se utiliza para todos los canales, por lo que no están aislados unos de otros. Si
uno de los golpes canal del fusible, se desconecta de todos los canales en el tablero. Esto
fue simplemente un compromiso de coste y conveniencia. Existen tablas, como los de los
Aldor, que tienen un fusible por canal, pagar más, pero ganando la conveniencia de
mantener otros canales en funcionamiento cuando se sopla.
El fusible es de tamaño a 6,3 A, que fue el más grande antes de que el precio de un salto.
Me imaginé a 1 A por canal típico (alrededor de 100W), por lo que esto funciona
correctamente. A su propio riesgo, si vas a correr más corriente a través de la Junta, se
podría reemplazar el fusible con un valor superior.
La entrada de CA continúa desde el fusible de la triacs y Optos, que se encenderán y
apagarán a los conectores de salida de CA.
SALIDA DE CA
La salida de CA se compone de conectores, y las huellas en el tablero para MOV.
Los conectores son pares de los bloques de terminal de tornillo, con una salida de
conmutación (caliente) y un común (neutro).
Conecte la carga a las salidas de conmutación, numeradas en el tablero con el número del
canal.
El perno común en cada canal de salida es sólo por comodidad, sólo tiene que ejecutar
desde el pin de entrada de CA común. Si usted tiene un hilo caliente y neutral para cada
carga, conecte el pin común neutrales a cada salida, y no tener que alambre-tuerca a
todos.
Estas comienzan en J4 para las salidas 1 y 2, J5 para las salidas 3 y 4, etc Estas
asignaciones conector de garantizar la coherencia de las diversas juntas Triac de salida,
como el número de canales de salida varía. El 4-pines son más rentables, por lo que
utilizaron para 2 canales cada uno. A los 4 pines y arriba, el costo es lineal por pin. El 2-
pines, tales como la entrada de CA, son más caros.
El MOV es un varistor de óxido de metal, uno de varios dispositivos que actúa como un
amortiguador. Se trata, en el esquema a fin de poner las huellas en el tablero para ellos,
pero no se suministran con la tarjeta. La huella es sólo por comodidad, para evitar que los
componentes para conectar a los conectores de salida.
MOV o circuitos de amortiguador de otros como una resistencia y un condensador, son
para la conducción de las cargas inductivas. Estas son las cargas que tienen una bobina,
como un motor o solenoide o transformador de neón. Estas cargas inductivas puede
causar grandes picos cuando enciende y se apaga, y el circuito amortiguador de ayuda de
squash (chata) las espigas.
4. CIRCUITO FINAL
5. PROGRAMA EN ENSAMBLADOR
LIST P=16F84AINCLUDE <P16F84A.INC>__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC
CBLOCK 0x0CCicloTrabajoGuardaValorGuardaEntradaTimer0_ContadorAENDC
TMR0_Carga EQU d'256'-d'245'
MAX_ENTRADA EQU .16
#DEFINE SalidaMarcha PORTA,3
ORG 0 goto Inicio
ORG 4goto Timer0_Interrupcion
Mensajesaddwf PCL,F
Mensaje0DT " VELOCIDAD", 0x00
Iniciocall LCD_Inicializamovlw Mensaje0call LCD_Mensajebsf STATUS,RP0bcf SalidaMarchamovlw b'11110000'movwf PORTBmovlw b'00000001'movwf OPTION_REGbcf STATUS,RP0bcf SalidaMarcha
Principal
TesteaVelocidadmovf PORTB,Wswapf PORTB,Wmovwf GuardaValorandlw b'00001111'movwf GuardaEntradabtfsc STATUS,Zgoto DC_CeroPorCientosublw MAX_ENTRADAbtfsc STATUS,Z
goto DC_100PorCientobtfss STATUS,Cgoto DC_CeroPorCientomovf GuardaEntrada,Wmovwf CicloTrabajomovlw b'10100000'movwf INTCONgoto Fin
DC_CeroPorCientobcf SalidaMarchagoto InhabilitaInterrupcion
DC_100PorCientobsf SalidaMarcha
InhabilitaInterrupcionclrf INTCON
Fin goto Principal;Subrutina " visualixa velocidad"---;visualixa
movlw .6call LCD_PosicionLinea2clrwswapf PORTB,Wcall BIN_a_BCDcall LCD_Byte .return
; Subrutina "Timer0_Interrupcion" ----;;;
CBLOCKGuarda_WGuarda_STATUSENDC
Timer0_Interrupcionmovwf Guarda_Wswapf STATUS,Wmovwf Guarda_STATUSbcf STATUS,RP0movlw TMR0_Cargamovwf TMR0decfsz Timer0_ContadorA,Fgoto Fin_Timer0_Interrupcionbtfsc SalidaMarchagoto EstabaAlto
EstabaBajobsf SalidaMarcha
call visualixamovf CicloTrabajo,Wmovwf Timer0_ContadorAgoto Fin_Timer0_Interrupcion
EstabaAltobcf SalidaMarchacall visualixamovf CicloTrabajo,Wsublw .16movwf Timer0_ContadorA
Fin_Timer0_Interrupcionswapf GuardaValor,Wmovwf PORTBswapf Guarda_STATUS,Wmovwf STATUSswapf Guarda_W,Fswapf Guarda_W,Wbcf INTCON,RBIFbcf INTCON,T0IFretfie
INCLUDE <RETARDOS.INC>INCLUDE <BIN_BCD.INC>INCLUDE <LCD_4BIT.INC>INCLUDE <LCD_MENS.INC>END
6. RECORRIDO DE PISTAS EN ORCAD
7. BIBLIOGRAFIA:
http://www.simpleio.com/design/triacout/TriacOutSchematicNotes.asp
http://www.clubse.com.ar/download/pdf/montajes/nota78.htm
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=26402.0
http://todopic.mforos.com/6510/1063385-detector-cruce-por-cero-en-la-linea-
de-220v/
http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/A/D/C/0/ADC0804-
1CD.shtml
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/salvatori_a_m/
capitulo3.pdf
www.energia.inf.cu/iee-mep/SyT/IdeE/mono.pdf
