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PROYECTO DE

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA A

Estudiante:

Pantaleón Riofrío Kelvin A.

Profesor:

Ing. Elio Sánchez Gutiérrez

Tema del proyecto:

Control de Velocidad de un motor monofásico de corriente alterna

Guayaquil, Agosto del 2014.

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN

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ÍNDICE

CONTENIDO

JUSTIFICACIÓN: .............................................................................................................................. 3

OBJETIVOS: ..................................................................................................................................... 4

INTRODUCCIÓN: ............................................................................................................................. 4

TIRISTORES ................................................................................................................................. 5

FORMAS DE VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFASICO AC .................................... 6

DIAGRAMA ESQUEMÁTICA Y FUNCIONAMIENTO: ...................................................................... 10

RESULTADOS: ............................................................................................................................... 11

TABLA DE COMPONENTES Y PRECIOS: ......................................................................................... 15

OBSERVACIONES: ......................................................................................................................... 16

CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 17

RECOMENDACIONES: ................................................................................................................... 17

BIBLIOGRAFÍA: .............................................................................................................................. 17

ANEXOS ........................................................................................................................................ 18

ANEXO 1 ................................................................................................................................... 18

ANEXO 2 ................................................................................................................................... 20

ANEXO 3 ................................................................................................................................... 21

ANEXO 4 ................................................................................................................................... 22

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JUSTIFICACIÓN:

Hoy en día muchos de estos aparatos que funcionan con voltaje a.c. se complementan con

aparatos electrónicos que muchas veces son utilizados para el mando o control de la fuerza

de estas máquinas. Por lo tanto en el extenso campo de la electrónica sería muy ventajoso

conocer o adquirir ciertos conocimientos básicos acerca de cómo trabaja este tipo de

máquinas.

El siguiente proyecto se pondrá en práctica conocimientos en la electrónica y teorías

básicas en las maquinas eléctricas ya que manipularemos un motor de corriente alterna.

Dicha corriente no es comúnmente usada en la electrónica pero llevaremos a cabo la

regulación de la velocidad de dicho motor aplicando conocimientos necesarios en

dispositivos que manejen tipo de pulsaciones y regulación de voltaje para llevar a cabo

dicho proyecto.

Para obtener una mayor expectativa acerca de los resultados que esperamos de nuestro

proyecto, usaremos para éste, el conocido software ‘Proteus’, en el cual realizaremos la

respectiva simulación de los diagramas usados en el presente trabajo.

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OBJETIVOS:

Relacionar conocimientos básicos de la electrónica con las maquinas monofásicas

de c.a.

Diseñar y armar el circuito del controlador de velocidad del motor monofásico en

c.a.

Variar la velocidad de un motor monofásico de corriente alterna mediante un

potenciómetro o variando valores de resistencias.

INTRODUCCIÓN:

Realizaremos un pequeño análisis acerca de los principales componentes que son muy

importantes para la realización de nuestro proyecto como son los tiristores, dispositivos

que son muy usados en los trabajos de electrónica de potencia, y además de

comportamientos que son fundamentales en este tipo de máquinas, las cuales van a estar

sujetas a la operación nuestro componente electrónico a realizar.

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TIRISTORES

Es un conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez, el tiristor es un

componente idóneo en electrónica de potencia. El TRIAC, por su parte, no es sino la

variante bidireccional.

El tiristor, concebido en un principio como equivalente de estado sólido para reemplazar

al tiratrón a gas, se ha impuesto rápidamente en toda una serie de dominios de los que lo

más importantes son, a parte de la conmutación pura y simple, la variación de velocidad

de motores y la graduación de luz.

En efecto, el tiristor permanece normalmente bloqueado hasta el momento en que se hace

conducir actuando sobre su electrodo de disparo. Puesto que ese momento se puede fijar

con toda precisión, es posible gobernar a voluntad el paso de intensidades de corriente (o

de potencia) en valor medio.

Fundamentalmente son dos los modos posibles de funcionamiento. Sea, por ejemplo, la

onda alterna rectificada de la Figura 1.a; gracias al tiristor se puede no dejar pasar más que

algunas semiondas, bloqueando las otras; se obtendría entonces la onda de la Figura 1b,

en la que se han suprimido las semiondas 2, 4, 6 y 7.

Se puede igualmente no desbloquear el tiristor hasta un poco después del principio de cada

semionda, en la Figura 1.d; en esta modalidad de funcionamiento se actúa pues sobre los

ángulos de conducción de corriente y de bloqueo variándolos a su voluntad como ya se

hacía con el tiratrón.

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a) Onda de entrada.

b) El tiristor suprime algunos semiperiodos de ella.

c) Subsisten todos los semiperiodos aunque no completos.

d) Mejor apreciación de los semiperiodos no completos.

Figura 1.1. Tiristor actuando en dos modalidades distintas

Tiristores y Triacs. Henri Lilen.

FORMAS DE VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR MONOFASICO AC

Estas son:

Control por variación de la resistencia del rotor.

Controlador de voltaje por medio de tiristores.

Controlador de velocidad variando la frecuencia.

Lo ideal para llevar a cabo la regulación de velocidad el control debe ser por frecuencia y tensión simultáneamente.

Si se varía la frecuencia, la tensión debe variar simultáneamente y en el mismo sentido, pues de lo contrario el motor se sobrecarga cuando la frecuencia baja, y pierde par cuando sube.

El control por tensión únicamente (solo para reducir la velocidad), es probable que tenga un

resultado muy limitado, debido a la naturaleza de la carga (tracción a par constante), aunque

valdría la pena que lo probara, utilizando un "Dimmer" como los que se utilizan para variar la iluminación de lámparas de incandescencia. Se encuentran en muchas ferreterías.

Para variar la tensión y la frecuencia simultáneamente, debería hacerse a partir de un inversor

alimentado por medio de un rectificador a partir de la red de 120V.

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Como la potencia es relativamente baja, la forma de onda podría ser rectangular (la más sencilla de producir), y al variar la frecuencia, al mismo tiempo variar la anchura del impulso, producido.

Para nuestro presente trabajo realizaremos la variación de la velocidad por medio del segundo

método que es con la utilización de tiristores.

La operación básica del controlador de voltaje a tiristores es que se necesita una señal de mando

para que los tiristores sean disparados a un ángulo específico, y con esto se logra obtener un

voltaje regulado en las terminales del motor para lograr una velocidad específica.

El método de control de voltaje de línea para controlar el par tiene varias desventajas que se

presentan a continuación:

Se tiene un control de velocidad del rotor limitado entre n1 y n2.

Trabaja en zona de potencia constante, debido a que con este control siempre se varía el

par, por lo tanto no se puede trabajar en zona de par constante.

A bajas velocidades el deslizamiento se incrementa provocando que la operación del

motor sea ineficiente.

En las siguientes figuras se presentan varias curvas características, modificando la frecuencia

y modificando el voltaje.

a) Curva característica

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b) Familia de curvas modificando el voltaje.

c) Curva par-velocidad para diferentes valores de voltaje en los terminales del estator. (Mediante

frecuencia)

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El TRIAC controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de

conducción (pasa corriente) y corte (no pasa corriente) durante los semiciclos negativos y positivos

de la señal de alimentación (110/220 VAC), la señal de corriente alterna.

Figura 2. Circuito de un variador de velocidad para un motor


El TRIAC se disipara cuando el voltaje entre el capacitor y el potenciómetro (conectado a la

compuerta del TRIAC) sea el adecuado.

Hay que aclarar que el capacitor en un circuito de corriente alterna (como este) tiene su voltaje

atrasado con respecto a la señal original.

Cambiando el valor del potenciómetro, se modifica la razón de carga del capacitor, el atraso que

tiene y por ende el desfase con la señal alterna original.

Esto permite que se puede tener control sobre la cantidad se corriente que pasa a la carga y asi la

potencia que en esta, se va a consumir.

Figura 3. Otro circuito de un variador de velocidad para un motor


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DIAGRAMA ESQUEMÁTICA Y FUNCIONAMIENTO:

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

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RESULTADOS:

Frecuencia de la red

Imagen de la onda mostrada en osciloscopio digital

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Variando los valores de resistencia:

Cuando el selector está en 100k


COMENTARIO.- Se ha asignado un voltímetro en la resistencia 9, la cual representa la

carga y donde nos interesa conocer para nuestro análisis, el valor de la caída de tensión que se

da cada vez que variamos el valor de las resistencias, mediante el selector o el potenciómetro.

También se ha colocado un voltímetro en el TRIAC, con la finalidad de conocer los valores con lo

que opera este componente en trabajos con corriente alterna.

Ya como vimos en la introducción acerca de las maneras de variar la velocidad, y de las cuales

tenemos para nuestro proyecto haremos varia la velocidad cambiando las pulsaciones o los

valores eficaces en los terminales de la carga, entonces como nuestro primer dato, podemos

observar en el primer gráfico que cuando el selector está fijando la resistencia de 100k la carga

recibe una tensión de 32.0V, y cuando el selector coloca la resistencia de 62k por la de 100k, esta

tensión cambia a un valor de 33.1V.

+32v

+0.01v

+64.1v

+33.1v

+0.01v

+61.15v

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Notamos que la variación, en este caso el aumento de tensión en la carga, no es considerable y

que por lo tanto el motor tampoco ejercerá un incremento en la velocidad de manera

considerable y por último, el par para este instante será elevado tal y como se indicó en la familia

de curvas cuando se varia el voltaje.



COMENTARIO.- Podemos observar que cuando usamos la resistencia de 47k tan solo se

aumentó la tensión hasta 33.6V desde 33.1V que fue su anterior, pero cuando se cambió a la

resistencia de 18k podemos notar un cambio poco considerable ya que la tensión ahora es de

40.4V variando así, una diferencia de 8.6V. Mientras que el voltaje registrado en el tiristor bajó

a 48.3V teniendo también un incremento de 13 voltios aproximadamente.

+33.6V

+0.01v

+56.0V

+40.4V

+0.01V

+48.3V

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Cuando el selector está en 5.6k


COMENTARIO.- En estas dos últimas posiciones el cambio de tensiones desde una

posición a la otra son considerables, como podemos ver, en el cambio desde 56.9V a 84.5V y el

voltaje en el tiristor en la posición final, este tiene una tensión de 0.30V, lo indica que el tiristor

trabaja en menor magnitud, por lo que el motor trabaja a una velocidad alta, o que también

puede ser la nominal y por ende presenta un par bajo.

+56.9V

+0.01v

+28.8V

+84.5v

+0.01v

+0.30V

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TABLA DE COMPONENTES Y PRECIOS:

COMPONENTES DESCRIPCIÓN PRECIO UNITARIO

1 RESISTENCIA R1 47K $0.03


1 RESISTENCIA R3 1OOK $0.03




1 RESISTENCIA R7 5.6K $0.03

1 RESISTENCIA R8 100 $0.03


1 CONDENSADOR C1 0.1uf $0.10



1 SELECTOR SW3 2 posiciones $0.40

1 SELECTOR SW1 6 posiciones $1.00

1 POTENCIÓMETRO 100K $0.50

1 TRIAC U2 Bt 137-600E $1.60

BORNERAS -------------------------- $0.25

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1 ENCHUFE --------------------------- $0.25

1 PLACA PCB --------------------------- $10.00

1 CAUTIN 50W $2.50

1 PASTA PARA

SOLDAR

$1.50

1 ROLLO DE

ESTAÑO $3.00

MANO DE OBRA $20.00

TOTAL $41.57

OBSERVACIONES:

Realizamos el análisis de tres factores que son importantes para la comprensión del presente

proyecto, y que fueron observados en cada resultado de las respectivas simulaciones, estos son:

1) la tensión en los terminales de la carga que es representado por la resistencia R9, 2) la

velocidad que presenta el motor, cuando tiene dicha tensión, la cual variábamos mediante el

potenciómetro o el selector de las resistencias y c) el comportamiento del par electromagnético

que se presenta por cada una estas variaciones.

Una importante observación es que podemos notar que el TRIAC tiene una alta tensión cuando

el motor tiene una baja, es decir cuando opera a una baja velocidad. Esto es debido a que existe

un par alto que demanda una corriente alta en el circuito, y esto en cuestiones físicas, explica la

alta temperatura que presenta el TRIAC cuando está operando en estas condiciones.

También cabe recalcar, que este componente electrónico tiene un rango de operación hasta de

600V y 8A (ver anexo 1), por lo que puede operar sin problemas con los voltajes que se dan en

éste variador de velocidad.

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CONCLUSIONES:

A medida que aumentamos el valor de las resistencias se produce una caída de tensión en la

carga o motor, en el cual como ya sabemos, para este tipo específico, que es el motor universal,

se producirá una disminución en su velocidad debido a que tiene una relación proporcional, y

estas a su vez, tienen una relación inversamente proporcional al par que necesita dicho motor.

Al obtener este variador de velocidad, para un motor de corriente alterna, relacionamos

conceptos fundamentales de la electrónica y sus componentes más elementales, como son: las

resistencias, condensadores, potenciómetros, y además tiristores, con algunos conceptos

básicos de las máquinas, dando como resultado un aprendizaje del comportamiento,

específicamente del triac, cuando opera en trabajos de potencia, lo cual es uno de los objetivos

del presente proyecto.

RECOMENDACIONES: Al momento de adquirir los materiales, en muchas ocasiones, en el mercado no se encuentran disponibles algunos elementos, por lo que se recomienda saber cuáles son los componentes con los que pueden ser sustituidos ya que de no ser el caso, esto puede afectar considerablemente en los resultados que esperamos. Revisar las conexiones antes de conectar el proyecto a la fuente, ya que para este, se opera con 110V de corriente alterna que son entregados directamente desde el tomacorriente, y esto puede afectar seriamente a cualquier componente que no resista valores de tensión o corriente que puedan ser provocados por este voltaje. Evitar el contacto directo en el circuito debido a la operación con 110V que se está dando, para evitar algún tipo de lesiones debido a este voltaje.

BIBLIOGRAFÍA:

Jesús Fraile Mora: Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. McGraw-Hill, Interamericana

de España, S.A.U.. Edificio Valrealty, 1ª planta, Bassauri, 17. 28023 Aravaca, Madrid.

2003.

Henri Lilen: Tiristores y Triacs. Primera Edición. Marcombo, Boixareu-Editores,

Barcelona-México,Gran Via de les Corts Catalanes 594, 08007 Barcelona. 1986.

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ANEXOS:

ANEXO 1

ESPECIFICACIÓN DEL COMPONENTE TRIAC

Características

* TRIAC, 8A, 600V, TO-220

* Peak Repetitive Off-State Voltage, Vdrm:600V

* Current Igt:70mA

* RMS Current It:65A

* Current Itsm @ 50Hz:65A

* Holding Current:20mA

* Voltage Vgt:1.5V

* Peak Gate Power Pgm:5W

* Operating Temperature Range:-40°C to +150°C

* Current Itsm:65A

* Current Itsm @ 60Hz:71A

* Current t2+g-:35mA

* Current t2-g+:70mA

* Current t2-g-:35mA

* Device Marking:BT137-600

* Gate Trigger Current, Igt, (Q1), t2+g+:35mA

* Termination Type:Through Hole

* Thyristor/Triac Type:Triac

* Voltage Vrrm:600V

Aplicaciones

Control de motores y calefactores

Control a.c. por fase

Control de luminosidad Dimmer

Interruptor estado solido

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Limiting values

In accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 60134).

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ANEXO 2

INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES UNIVERSALES

Imagen. Capítulo 2. Principios generales de las máquinas eléctricas.

Máquinas eléctricas. Jesús Fraile Mora. Pág. 15.

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ANEXO 3

Imagen. Capítulo 19. Aplicaciones de tiristores.

Tiristores y Triacs. Henri Lilen. Pág. 216

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ANEXO 4

Fotos del proyecto en protoboard

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