Electrónica de Potencia – Universidad Autónoma de Colombia.

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INFORME LAB 4 – SISTEMA INVERSOR DE GIRO ELECTRÓNICO PARA MOTOR 3Φ

Nelson Andrey Gallego Buitrago

e-mail: nlsn.andrey@gmail.com Yang Steven Gómez Matiz e-mail: daimetrer@hotmail.es

RESUMEN: En este laboratorio vamos a ver la

aplicación de dispositivos electrónicos digitales y de potencia con sus respectivas sustentaciones de tipo teórico y práctico, el uso principal para este caso radica en la implementación de un circuito que nos permita controlar el sentido de giro de un motor trifásico jaula de ardilla. La sección de potencia corresponderá a una tensión trifásica entre líneas de 208v, la cual se encargara del respectivo switcheo de las fases, la sección digital se encargara de suministrar la corriente específica para cada grupo de TRIACS, el sistema digital estará alimentado con una tensión de 5V. Para este caso el sistema digital recaerá en un modelo FLIP-FLOP SR, con el respectivo ajuste de una resistencia dependiente de la corriente de activación para el TRIAC.

PALABRAS CLAVE: TRIAC, interruptores de estado

sólido, FLIP-FLOP, motor, octoacoplador, inversor.

1 INTRODUCCIÓN

En este informe de laboratorio podrá encontrar información básica sobre el comportamiento del TRIAC, octoacoplador, y el flipflop, respecto al modelo físico que vamos a implementar, los pasos pertinentes para obtención física de este modelo con sus correspondientes materiales y diagramas, también podrá encontrar una sección donde se analizaran los resultados obtenidos y se concluirán una serie de ideas para este caso sustentado con cálculos teóricos vs resultados prácticos.

2 EL TRIAC, EL FLIP-FLOP SET RESET Y EL OCTOACOPLADOR

2.1 CARACTERÍSTICAS DEL TRIAC

El TRIAC, es un dispositivo electrónico encasillado en la electrónica de potencia, en la sección de interruptores de estado sólido de gran importancia ya que no contiene elementos mecánicos en movimiento mejorando altamente la eficiencia, horas de vida útil y tiempo de respuesta. Gracias a su comportamiento podemos adaptarlo para el trabajo simple de un interruptor o en aplicaciones con funciones más densas, con la respectiva adecuación del ángulo de disparo, para la intermitencia de la señal. Además, un TRIAC comparado con un SCR es un dispositivo que ofrece un mejor comportamiento, ya que puede entregar mayor potencia

a la carga, reduciendo la temperatura que se disipa en el TRIAC.

2.2 EL TRIAC Y EL MOTOR TRIFÁSICO

Para este modelo específico la carga a manipular

radica en un motor trifásico jaula de ardilla, con especificaciones de Tensión de linea 208v, Inominal 1.5A corriente alterna, como se comentó en líneas pasadas la intención es controlar el sentido de giro del motor por medio de dos pulsadores, que ya especificaremos más adelante, En este punto nos valdremos de una de las funcionalidades del TRIAC, y lo colocaremos para trabajo como interruptor, por tanto es necesaria la elección del respectivo TRIAC, para realizar la selección de este debemos tener en cuenta los siguientes aspectos:

Corriente MT2-MT1.

PRV (Peak Reverse Voltaje). dv/dt, di/dt. (Para dimensionar protección)

Para la primera parte debemos analizar la corriente que deben soportar los TRIAC, esta es definida por la carga en este caso un motor trifásico conectado en estrella (Y). Tenemos:

P=VlIl cos

Como el motor trae especificado la I de línea y en una conexión en estrella: Ilinea=Ifase Il= Inominal=1,5A

Por seguridad utilizamos algo que se llama la corriente de diseño (Idiseño) que es igual a la corriente nominal por un factor de seguridad, en este caso 1,25. Esto nos da la corriente de conducción mínima que debe soportar el TRIAC entre sus terminales MT2 -MT1. Idiseño=Inominal*1,25 Idiseño=1,5A * 1,25 Idiseño=1,86 A Ahora continuamos con la segunda parte la cual refiere a el valor máximo de tensión que soporta el triac sin que se modifiquen sus propiedades naturales. El PVR:

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PICORMS

VV

Como conocemos el valor de la tensión RMS que son 208v, teniendo en cuenta esta ecuación despejamos para obtener la Tension pico donde:

vV

vV

VV

P

P

RMSP

15,294

2082

2

Este dato nos permite conocer la tesion máxima que debe ser capaz de soportar el triac entre sus terminales MT2-MT1. Así que en base a los suministros comerciales optamos por el uso de un TRIAC referencia BTA08-600B, con especificaciones de trabajo, tensión: 600v, corriente: 8A y corriente de activación gate (puerta): 10mA, que se ajusta perfectamente a las exigencias para el modelo, ya que la tensión PVR es de 294,15v, y la corriente con su respectivo factor de seguridad de 1,86A.

Figura. 1 TRIACS

Figura. 2 Diagrama del Montaje para el Control de L1 con TRIAC

Lo que podemos observar en la figura 1, es la vista superior tipo foto de los respectivos triacs que fueron usados para este modelo, también puede observar la designación de las patas del TRIAC. En la figura 2, podemos observar el diagrama del montaje que se realizó para el control de la señal que es suministrada a la Bobina #1, es importante tener en

cuenta que la carga con la cual estamos trabajando es trifásica, por tanto tendremos 3 líneas y 1 neutro, la conexión para el motor jaula de ardilla por la cual optamos es estrella, se llegó a esta elección por la facilidad que presenta esta conexión para adaptar el control por medio de TRIACS. Por tanto lo que puede observar en la figura 2, es el diagrama de control sección potencia para una sola línea, más adelante encontrara el diagrama final con las 6 líneas.

2.3 EL OCTOACOPLADOR

Figura. 3 Octoacoplador

Para este modelo en cuestión añadimos un octoacoplador que puede observarse en la figura 2-3, este elemento se añadió porque en un esquema anterior que se planteó, se presentaban problemas entre la sección digital y la de potencia al ser necesario aterrizar MT1, para cada una de las líneas. Por tanto al implementar este dispositivo, aislamos la sección digital, de la sección de potencia. Básicamente lo que sucede es que como se puede observar en la figura 3, en el encapsulado se encuentra un diodo que emite una haz de luz, y un triac con sus respectivas terminales MT2-MT1 y el Gate que en este caso para activar la conducción depende del estado del diodo ya mencionado. Por último el diagrama de conexión se puede encontrar en la figura 2. Como se puede observar entre los terminales 1 y 2 para nuestro Octoacoplador MOC3020 se encuentra el diodo, por tanto del sistema de control FLIP-FLOP induce una tensión específica al ánodo y como el katado se encuentra aterrizado este diodo dependerá específicamente de nuestro sistema digital, se añadió una resistencia en serie a el terminal ánodo, ya que del sistema digital obtenemos una tensión de 5V que para el diodo sería muy elevado y a largo plazo nos afectaría, por tanto para reducir el valor de la tensión adaptamos una resistencia de 330Ω. Finalizando destacamos que del octoacoplador en su triac no es capaz de soportar la tensión de línea, así que trabajamos con un segundo triac Q1, para el cual adaptamos una resistencia de 330Ω para controlar el ángulo de disparo ya que en este punto el triac está frente a una señal AC.

2.4 FLIP-FLOP

Ahora solo nos falta considerar la sección digital,

que en este caso es muy importante ya que este modelo se encuentra restringido para que el motor cambie su sentido de giro por medio de pulsadores. Además que también debemos tener en cuenta que, debemos

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diseñar este sistema para que nos proporcione una señal para la activación del Diodo del octoacoplador.

Para el sistema de control en este caso optamos

por la implementación de un sistema digital para el ON-OFF que es un FLIP-FLOP, este dispositivo lo que nos va a permitir es que cuando tecleemos un pulsador especifico, nos arroje un 1 a la salida que son 5V y este se mantenga, de la misma manera cuando pulsemos el segundo pulsador nos arroje un 0, 0V y se mantenga. Existen diversos FLIP-FLOPS circuitos secuenciales que ofrecen diferentes comportamientos, para nuestro modelo se ajusta un FLIP-FLOP RS compuesto por dos compuertas NAND el cual se puede observar en el siguiente diagrama (Figura 4).

Figura 4 FlipFlop RS

Tabla 1.

Modo de Operación

Entradas Salidas

R S Q Q

Prohibido 0 0 1 1

Set 0 1 1 0

Rest 1 0 0 1

Mantenimiento 1 1 No cambia

En la Tabla 1, podemos observar los diferentes

modos de operación, en nuestro modelo nunca los dos pulsadores estarán pulsados al tiempo, ya que esta opción no daría cambio pero no nos interesa, la cuestión es que con un pulsador activaremos y con el otro desactivaremos, respectivamente estos serían los estados Set y Reset observando la Salida Q como resultado. En este punto optamos por el uso de una compuerta NAND, referencia 74LS00

2.5 MODELO COMPLETO

Figura 5 Montaje Final (Parte A)

Figura 6 Montaje Final (Parte B)

Para este modelo la sección digital y de potencia

son similares a laboratorios pasados, la diferencia radica en que ya no deseamos un control ON-OFF, sino un inversor del sentido de rotación del motor, es importante tener en cuenta que en un motor trifásico análogamente el cambio en el sentido de giro se ejecuta alternando una fase con otra bobina, se puede ampliar esta información en la figura 7 y figura 8.

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Figura 7 Motor Trifásico

Figura 8 Motor Trifásico (Cambio Sentido de Rotación)

Este principio para el cambio del sentido de rotación, desprende una serie de fundamentos en relación a el área fasorial, por el momento dejaremos este tema de lado. La cuestión radica en que si deseamos controlar el sentido de giro debemos ejecutar un cambio en las fases para dos respectivas bobinas, en nuestro modelo la bobina 1 B1 se mantiene fija para los dos circuitos Figura 5 y Figura 6, y las bobinas B2 y B3 alternan con las fases L2 y L3. Esto básicamente es lo que se demuestra en cada uno de los diagramas. En referencia a la parte digital para el control de cada sentido de giro se usó un flipflop SR independiente, ya que es necesario que el motor gire en un sentido, se detenga y arranque en el sentido de giro inverso. Es importante aclarar que no se puede invertir el giro instantáneamente ya que el motor tiene un margen de 15seg para detenerse, en caso dado de ejecutar un proceso como este el motor presentaría problemas eléctricos y mecánicos al estar sometido a un freno contracorriente tan brusco, por último es importante denotar que el sistema digital está diseñado para que el motor para cada control de giro inicia apagado, se activa un flipflop y obtenemos un 1, 5v que activa el diodo que incide sobre el triac del octoacoplador y permite activar el triac Q para cada caso respectivo el cual permite realizar el switcheo de cada una de las fases, por medio del pulsador alterno a este circuito apago el motor, y con el circuito B proporciono marcha en el otro sentido.

3 RESULTADOS Y ANALISIS

Por medio del multímetro como instrumento de medición obtuvimos los siguientes datos:

Tabla 2.

Tensiones

Motor OFF Motor ON

116,5v 0,88v

Lo que se puede observar en la Tabla 2, son los

datos de tensión que se obtuvieron, en los terminales

MT2-MT1 del triac, como podemos ver cuando el motor no está en movimiento la señal es retenida totalmente en el TRIAC, no obtenemos los 120v, ya que en el circuito se producen perdidas y la fuente de alimentación entrega una tensión un poco menor, mientras que cuando el motor está en movimiento la tensión es aproximadamente de 0, lo que nos indica que toda la señal está siendo transferida a la carga.

También se realizó la medición de la tensión de

línea en cada una de las bobinas cuando el motor se encentraba encendido, obteniendo los siguientes resultados:

VB1-B2=212V VB1-B3=212V VB2-B3=212V Se realizaron estas mismas mediciones cuando el

motor estaba apagado obteniendo una tensión entre bobinas de 0v.

Como podemos ver estos datos corresponden a los

ya vistos en el TRIAC.

4 CONCLUSIONES Y ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 Conclusiones

Se comprobó que el sistema de control

Triac efectivamente nos permite controlar el paso de la señal aunque el circuito este alimentado por una alta tensión.

Aunque en la carga no haya tensión, debemos tener precaución por que el circuito todavía está alimentado con la tensión de la fuente, y toda esta tensión hace presencia en el TRIAC.

En el momento que no hay conducción entre los terminales principales, toda la carga es retenida en el triac, cuando el Gate es excitado toda la señal pasa a la carga.

El octoacoplador es un elemento fundamental que ofrece una alta eficiencia cuando es necesario aislar circuitos que difieren en magnitudes notables de tensión y corriente