Práctica_04

MANUAL DE PRÁCTICAS

DE CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

LABORATORIO DE MECATRÓNICA

Elaborado por: I.R.I. ROBERTO URIBE FLORES

Semestre

Enero – Junio 2013

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CARRERA:

Ingeniería Mecatrónica

NOMBRE DEL ALUMNO:

Alcántara Gutiérrez Fanny Gómez escobar Jorge Arnulfo López Jiménez Violeta Martínez Martínez Luis Velázquez De La Rosa Iván

GRUPO: 8M2

SEMESTRE: Octavo Enero - Junio 2013

México, D.F., a 11 de Abril de 2013

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE CONTROL DE

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Laboratorio de MECATRÓNICA

Elaborado por:

I.R.I. ROBERTO URIBE FLORES

PRÁCTICA 4 CONTROL CON PIC DE LOS MOTORES A PASOS

UNIPOLAR Y BIPOLAR

Semestre

Enero – Junio 2013

Sesión 1 OBJETIVO

Implementar el microcontrolador PIC16F877A en el control y manejo de los motores a pasos de tipo Unipolar y Bipolar

INTRODUCCIÓN

BOTÓN (DISPOSITIVO)

Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para activar

alguna función. Los botones son de diversa forma y tamaño y se

encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente

en aparatos eléctricos o electrónicos. Los botones son por lo

general activados al ser pulsados, normalmente con un dedo y

pasan la corriente mientras es accionado. Cuando ya no se

actúa sobre él vuelve a su posición de reposo.

Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente

abierto NA.

Descripción

Consta del botón pulsador; una lámina conductora que establece contacto con los dos

terminales al oprimir el botón, y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición

primitiva al cesar la presión sobre el botón pulsador.

Tipos

Diferentes tipos de pulsadores: (a) Basculante. (b) Pulsador timbre. (c) Con señalizador.

(d) Circular. (e) Extraplano.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enter_button.jpg


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Funcionamiento

El botón de un dispositivo electrónico funciona por lo general como un interruptor

eléctrico, es decir en su interior tiene dos contactos, al ser pulsado uno, se activará la

función inversa de la que en ese momento este realizando, si es un dispositivo NA

(normalmente abierto) será cerrado, si es un dispositivo NC (normalmente cerrado) será

abierto.

Usos

El "botón" se ha utilizado en calculadoras, teléfonos, electrodomésticos, y varios otros

dispositivos mecánicos y electrónicos, del hogar y comerciales.

En las aplicaciones industriales y comerciales, los botones pueden ser unidos entre sí por

una articulación mecánica para que el acto de pulsar un botón haga que el otro botón sea

puesto en libertad. De esta manera, un botón de parada puede "forzar" a un botón de

inicio para ser puesto en libertad. Este método de unión se utiliza en simples operaciones

manuales en las que la máquina o proceso no tienen circuitos eléctricos para el control.

Diseño

Hay que tener en cuenta, a la hora de diseñar circuitos electrónicos, que la excesiva

acumulación de botones, puede confundir al usuario, por lo que se tenderá a su uso más

imprescindible.

También existen "botones virtuales", cuyo funcionamiento debe ser igual al de los

"físicos"; su uso queda restringido para pantallas táctiles o gobernadas por otros

dispositivos electrónicos.

Colores

Los botones utilizan a menudo un código de colores para asociarlos con su función de

manera que el operador no vaya a pulsar el botón equivocado por error. Los colores

comúnmente utilizados son: el color rojo para detener la máquina o proceso, y el verde

para arrancar la máquina o proceso. (Wikipedia, 2012)

PUENTE H

Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico

DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y

como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos

integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.


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Estructura de un puente H (marcado en rojo).

Los 2 estados básicos del circuito.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente

H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los

interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica

una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores

S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso

del motor.

Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar

cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo

sucede con S3 y S4.

Aplicaciones

Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también

puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre los bornes del

motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia,

cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se

resumen las diferentes acciones.

S1 S2 S3 S4 Resultado

1 0 0 1 El motor gira en avance

0 1 1 0 El motor gira en retroceso

0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia

1 0 1 0 El motor frena (fast-stop)

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H_bridge.svg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H_bridge_operating.svg


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(S1-4 referidos a los diagramas)

Montaje

Lo más habitual en este tipo de circuitos es emplear interruptores de estado sólido

(como Transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son

mucho más altos. En convertidores de potencia es impensable

usar interruptores mecánicos, dado su bajo número de conmutaciones de vida útil y las

altas frecuencias que se suelen emplear.

Además los interruptores se acompañan de diodos (conectados a ellos en paralelo) que

permitan a las corrientes circular en sentido inverso al previsto cada vez que se conmute

la tensión, puesto que el motor está compuesto por bobinados que durante breves

períodos de tiempo se opondrán a que la corriente varíe. (Wikipedia, 2012)

MOTOR A PASOS

Los motores paso, son dispositivos electromecánicos que permiten hacer giros fraccionados por grados, los motores paso son de dos naturalezas; unipolares y bipolares. Un motor unipolar cuenta con cuatro embobinados, que se energizan uno o dos a la vez, y siempre con la misma polaridad. Los motores paso bipolares cuentan con solo dos bobinas, las cuales se polarizan al mismo tiempo, pero alternando la polaridad. Este efecto genera una secuencia en las bobinas y su polaridad. Manipulando la velocidad de la secuencia se controla la velocidad de giro del motor, y con el orden de la secuencia se controla la dirección de giro del motor. En las siguientes gráficas se puede apreciar la apariencia física de estos motores y su vista en ISIS:

Los motores unipolares, cuentan generalmente con 5 o 6 terminales, de las cuales 4 corresponden a los embobinados, y 1 o 2 son terminales comunes. Las bobinas de un motor unipolar se pueden apreciar en el siguiente circuito:


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La secuencia de activación para los motores unipolares puede ser de dos formas; con una sola entrada activa, o dos entradas activas simultáneamente. Cuando se activan dos entradas simultáneamente el torque del motor es mayor pero al mismo tiempo la corriente es mayor. La siguiente tabla muestra la forma de activar las secuencias en los dos casos:

Para los motores bipolares se implementa un puente H doble, de tal forma que se pueda hacer una secuencia con doble polaridad. La distribución eléctrica de este tipo de motores es la siguiente:

Para el control de este tipo de motores se requiere de la siguiente secuencia de polaridad:


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Para la simulación del sistema se implementa en ISIS un circuito similar, pero con un motor bipolar y un driver para puente H integrado. Este integrado es el L293D, que es un circuito integrado que tiene en su interior dos puentes H simultáneamente, característica que lo hace ideal para este tipo de motores. (Clavijo Mendoza, 2011)


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MATERIAL

4 push bottom

1 microcontrolador PIC16F887

1 motor a pasos Unipolar de 12 VCD

1 motor a pasos Bipolar de 5 VCD

4 optoacopladores 4N35

1 fuente de 12 VCD

1 fuente de 5 VCD

1 protoboard

8 resistencias de 220Ω

4 resistencias de 1 KΩ

4 TIP125

1 cristal de 8 MHz

2 capacitores de 22 pF

1 L293D

PROCEDIMIENTO

Para la realización de la práctica con motor bipolar, se armará el siguiente circuito:


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El PIC16F887 deberá tener un cristal de 8 MHz para un buen funcionamiento en los pines 13 y 14, con su alimentación de 5 V en VDD (11 y 32) y VSS (12 y 31).

Figura 1 PIC16F887

Figura 2 L293D

La alimentación del motor a pasos bipolar es de 5 VCD.

La programación del PIC es la siguiente (el programa está realizado en LDmicro):


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Cuando se oprime el botón ARRANQUE, se activa un sentido del motor, pero solo se mueve hasta que oprimimos una vez el botón VELOCIDAD, lo que le permite cambiar la secuencia a cierta velocidad. Si volvemos a oprimir el botón VELOCIDAD, la rapidez del cambio en la secuencia disminuye, y a otro toque del botón, la secuencia para reiniciar los contadores, al volverlo a oprimir, la velocidad vuelve a aumentar.

Cuando se oprime RETROCESO el giro del motor a pasos bipolar se invierte, se desactivan todos los comandos del sentido anterior y se activa los de RETROCESO, al igual que antes, no se activa la secuencia, hasta que se oprime el botón VELOCIDAD, sucede lo mismo que en el caso anterior, sólo que en sentido contrario.

Aquí apreciamos las graficas en osciloscopio de la secuencia y las 2 velocidades:

Del lado izquierdo se aprecia la secuencia a 50 ms y de la derecha a 500 ms.

A continuación, fotografías del circuito armado:


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Para la realización de la práctica con motor unipolar, se armará el siguiente circuito:

Una diferencia destacable del circuito físico, es que el motor a pasos Unipolar es de 5 hilos (4 bobinas y 1 común), además, en vez de emplear el ULN2003A, se emplea la interfaz de potencia ya antes elaborada en otros cursos, es decir la siguiente:

Donde la tierra tanto de la que va al común del motor y a la salida 4 del optoacoplador es la misma, aunque la tierra (GND) del pin 2 del optoacoplador es la del circuito del PIC (5V), NO HAY QUE CONFUNDIRLAS.


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El circuito anterior se repite 4 veces por cada pin de la secuencia (son 4 bits), donde la GND de cada pin 2 del optoacoplador va a la tierra del circuito de 5V y cada pin 4 del optoacoplador va, junto con el común del motor a pasos unipolar, a la tierra de la fuente de 12V.

A continuación el programa de LDmicro para el PIC16F887 con un cristal de 8 MHz:


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El circuito funciona básicamente igual que el circuito de motor a pasos bipolar, tanto con sus botones de ARRANQUE, RETROCESO, VELOCIDAD y PARO (que no hace más que detener el proceso), por lo que no se explicará el funcionamiento. Lo único que cambia es la secuencia de activación, ya que al no necesitar doble puente H, el motor se va moviendo, conforme se enciendan las bobinas en orden (ABCD), obviamente apagándose la anterior cuando se enciende una, por ello, si el motor funcionará a 5V, 4 de sus cables


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se conectarían a la salida de los pines del microcontrolador y su común a GND del circuito, pero como el motor se alimenta a 12 y 24 VCD, éste debe llevar la interfaz de potencia.

Aquí observamos las secuencias en el osciloscopio a 50 ms y 500 ms:

De igual forma, a la izquierda es la secuencia a 50 ms y a la derecha la secuencia a 500 ms.

Aquí vemos algunas fotos del circuito armado en físico:


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CONCLUSIONES

Podemos concluir que para el manejo de los motores a pasos, es necesario conocer las secuencias a las que trabajan, el orden de sus bobinas (unipolares) y que cables pertenecen a que bobina (bipolares). También es importante la rapidez con la que se dan los cambios en la secuencia de encendido, ya que a mayor velocidad de cambio, más RPM en la flecha del motor, pero menos torque, y entre menos velocidad de cambio, mayor torque, aunque menos RPM.

EVALUACIÓN

1. ¿Por qué es necesario que el motor a pasos bipolar lleve dos puentes H?

Esto se debe a que lo que se controla es el signo del voltaje de entrada a cada

bobina para hacer su secuencia de movimiento, por lo que cada una se controla por

separado, ya que juntas, tendrían el mismo sentido y el giro no se daría.

2. ¿Por qué hay motores a pasos unipolares de 5 hilos y de 6 hilos?

Porque el de 5 hilos, 1 cable, es el común de las 4 bobinas, mientras que en el de 6

hilos, 2 cables son los comunes de 2 bobinas cada uno.

3. ¿Cómo se identifica el común en el motor a pasos unipolar?

Se prueba continuidad de una punta a otra, usualmente es el cable de en medio, pero

de no ser así, se mide continuidad, hasta que está se presente en 2 cables y ahora se

prueban esos cables en los demás, para ver cual cierra (muestra continuidad) con las

demás bobinas, esto claro es ir probando cable por cable.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Clavijo Mendoza, J. R. (2011). Diseño y Simulación de Sistemas Microcontrolados en Lenguaje C. Colombia: ISBN 978-958-44-8619-6.

Wikipedia. (01 de Diciembre de 2012). Wikipedia La Enciclopedia Libre.

Recuperado el 13 de Febrero de 2013, de Botón (dispositivo): http://es.wikipedia.org/wiki/Bot%C3%B3n_(dispositivo)

Wikipedia. (23 de Julio de 2012). Wikipedia: La Enciclopedia Libre. Recuperado el

27 de Febrero de 2013, de Puente H (electrónica): http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica)

Documents

Práctica_04