Investigacion III Corte

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Universidad Manuela Beltrán. Pinilla, Jhon. Controlador de carga de batería.

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Resumen— El motor montado es del tipo DC, al aplicar una diferencia de potencial (voltaje) entre sus terminales, se puede accionar el motor logrando que gire; dependiendo de en cual terminal se aplique la corriente positiva y negativa, el motor girará en uno u otro sentido.

Para hacer que el motor gire hacia adelante por ejemplo, se pueden cablear los motores de manera que uno vaya en sentido horario y otro anti horario, para que el motor se mueva en otra dirección.

Si se desea que la base gire, se debe cablear los motores para que ambos giren en un mismo sentido, variando el sentido de ambos motores se variará el giro de la base a la derecha o izquierda.

Para resolver este inconveniente, utilizaremos un Puente H, se puede optar por realizarlo con transistores.

Este circuito esta formado por transistores darlington de potencia como los son Tip 122 NPN y Tip 127 PNP, podemos utilizar motores de 3V a 12V a partir de 9V es recomendable utilizar disipadores de calor en los Transistores Tip, su funcionamiento es similar al Puente H con Transistores PNP, los Transistores 2N3904 activan las bases de los Tip haciendo funcionar el motor en cualquiera de las dos direcciones que podamos seleccionar.

Abstract— the motor mounted is DC type, applying a potential difference (voltage) between its terminals, can be actuated to rotate the engine achieved, depending on which terminal applied positive and negative current is, the motor rotates in one or other sense.

To make the motor rotate forward for example, motors can be wired so that one

going clockwise and other counter-clockwise, so that the motor moves in another direction.

If we rotate the base, wiring must for both motors rotate in the same direction, varying the sense of both motors will vary the rotation of the base to the left or right.

To resolve this problem, use an H bridge, you can choose to do with transistors.

This circuit consists of transistors darlington power as are Tip 122 NPN and Tip 127 PNP, we can use engines from 3V to 12V 9V is advisable to use heat sinks on transistors Tip, its operation is similar to the H Bridge PNP transistors, transistors 2N3904 activated bases Tip by operating the engine in either direction that we choose. Índice de Términos— transistor, Rectificador controlado de silicio, rectificador de onda completa, amperímetro, batería, optoacoplador, puente H, motor DC.

Keywords— Transistor, silicon controlled rectifier, full wave rectifier, ammeter, battery, optocoupler, H Bridge, DC motor..

I. INTRODUCCIÓN

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta maquina de corriente continua es una de las mas versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos, pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, puede ser controlado de igual forma a precios mas accesibles para el consumidor medio de

Electrónica Analógica

PUENTE H

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industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (maquinas, micro motores, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regularla velocidad desde vacío a plena carga.

Figura 1. Representación del circuito deLpuente H

II. OBJETIVOS

• Controlar el movimiento de un motor de corriente directa por medio de la configuración del puente H por medio de transistores pnp y npn.

• Realizar la configuración del puente H para el cambio de giro del motor DC.

• Analizar el comportamiento de los transistores en la configuración del puente H en cada uno de los ipors de giro del motor.

• Elaborar con los conocimientos adquiridos, un rectificador de corriente alterna a corriente directa por medio de un puente rectificador que alimente el circuito del puente H.

III. MARCO TEÓRICO

A. Motor

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica,

principalmente mediante el movimiento rotatorio.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos.

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga, en función de la tensión aplicada en sus bornes.

Figura 2.Motor de corriente continua

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.


http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncrono

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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.

B. Optoacoplador

Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP o Dual in-line package, una forma de encapsulamiento común en la construcción de circuitos integrados.

La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.

Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores.

Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este

genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.

Existen varios tipos de optoacopladores, cabe destacar:

Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT (transistor de unión bipolar).

Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac (triodo para Corriente Alterna).

Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.

.

Figura 3. Configuración de un optoacoplador

C. Par Darlington

Esta configuración sirve para que el dispositivo sea

capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente y,

al poder estar todo integrado, requiere menos espacio

que dos transistores normales en la misma

configuración. La ganancia total del Darlington es el

producto de la ganancia de los transistores individuales.

Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de

1000 o superior. También tiene un mayor

desplazamiento de fase en altas frecuencias que un


http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

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único transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente

en inestable. La tensión base-emisor también es mayor,

siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para

transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un

transistor o par darlington se halla multiplicando las de

los transistores individuales. la intensidad del colector se

halla multiplicando la intensidad de la base por la beta

total.

Si β1 y β2son suficientemente grandes, se da que:

Un inconveniente es la duplicación aproximada

de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos

uniones entre la base y emisor de los

transistores Darlington, el voltaje base-emisor

equivalente es la suma de ambas tensiones

base-emisor:

Para la tecnología basada en silicio, en la

que cada VBEi es de aproximadamente 0,65

V cuando el dispositivo está funcionando

en la región activa o saturada, la tensión

base-emisor necesaria de la pareja es de

1,3 V.

Otro inconveniente del par Darlington es el

aumento de su tensión de saturación. El

transistor de salida no puede saturarse (es

decir, su unión base-colector debe

permanecer polarizada en inversa), ya que

su tensión colector-emisor es ahora igual a

la suma de su propia tensión base-emisor y

la tensión colector-emisor del primer

transistor, ambas positivas en condiciones

de funcionamiento normal. (En ecuaciones,

, así

siempre.) Por lo tanto, la tensión de

saturación de un transistor Darlington es un

VBE (alrededor de 0,65 V en silicio) más alto

que la tensión de saturación de un solo

transistor, que es normalmente 0,1 - 0,2 V

en el silicio. Para corrientes de colector

iguales, este inconveniente se traduce en

un aumento de la potencia disipada por el

transistor Darlington comparado con un

único transistor.

Otro problema es la reducción de la

velocidad de conmutación, ya que el primer

transistor no puede inhibir activamente la

corriente de base de la segunda, haciendo

al dispositivo lento para apagarse. Para

paliar esto, el segundo transistor suele

tener una resistencia de cientos de ohmios

conectada entre su base y emisor. Esta

resistencia permite una vía de descarga de

baja impedancia para la carga acumulada

en la unión base-emisor, permitiendo un

rápido apagado.

Figura 4. Conexión Darlington

D. Puente H

Este es un puente H que usa transistores bipolares . Un puente H es un arreglo de transistores que permite un pleno control del circuito sobre un motor eléctrico estándar de C.C. Es decir, con un puente H un microcontrolador, una poco de lógica, o un transmisor de radio con su receptor se ordena electrónicamente al motor que vaya adelante, al revés o que frene.Este H-puente puede funcionar desde una fuente de energía desde hasta sólo dos casi-agotadas baterías AAA' (2.2V) hasta una batería fresca 9V (9.6V). Los transistores son los populares(2N3904/2N3906 contra


http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

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2N2222A/2N2907A ) usando un motor común pequeño.Q2, Q4 son transistores PNP y conectan el motor con +2.2V con +9.6 V (terminal positivo de la batería). Los resistores R1-R4 evitan que demasiada corriente pase a través de la base (etiquetada B) del transistor. El valor del resistor de 1 kilohm (1000 ohmios) fue elegido para proporcionar bastante corriente para saturar el transistor.Una resistencia más alta consumiria menos energía, pero haria al motor recibir menos energía. Los diodos D1-D4 proporcionan una trayectoria segura para que la energía del motor sea dispersada o vuelta a la batería cuando se ordena al motor que arranque o pare desviando los transistorios.En muchos circuitos de puente H no traen estos diodos , sin los diodos, un impulso de voltaje del motor puede pasar a través de los transistores desprotegidos, dañándolos o destruyendo.M1 es un motor continuo (C.C.). Éstos son muy comunes se pueden encontrar en juguetes descartados. El motor debe tener solamente dos terminales.Esta es la teoria básica pero el control real no es tan sencillo hay condiciones que no se deben emplear para esto se emplean circuitos de control excluyentes como los siguientes:

Figura 5. Representación de puente H con transistores

Se llaman puentes H por la forma que tiene el esquema, cuatro transistores y un motor en el medio formando una H.Funciona de la siguiente forma: si aplicamos un "0" en la entrada 1 y un "1" en la entrada dos la corriente fluirá desde el transitor Q1 hacia el Q4 polarizando el motor y haciendolo girar. Si lo hacemos al revés (un "1" en la entrada dos y un "1" en la entrada "0) la corriente irá desde el transitor Q2 arrina a la derecha hacia el Q3 polarizando el motor al revés que antes y por lo tanto haciéndolo girar en sentido contrario , ¿que pasa si ponemos dos "ceros" en las entradas? en este caso el motor no está polarizado y se queda en modo "libre", es decir, lo podemos hacer girar con la mano en cualquier sentido. Si ponemos dos "unos" el motor se queda "bloqueado" no lo podemos mover con la mano en ningún sentido de giro. En la tabla siguiente tenemos las cuatro posibles combinaciones de las entradas de un puente H.

Entrada 1 Entrada 2 Estado del motor

0......... 0.......... Libre0.......... 1.......... Sentido 11.......... 0.......... Sentido 21.......... 1.......... Bloqueado

Tabla 1. Control deLpuente H

IV. SIMULACIÓN EXPERIMENTAL

Se ha decidido previamente al montaje físico, establecer un montaje en la herramienta Multisim, la cual permite simular los montajes para determinar errores tanto de montaje como de diseño y así reducir posibles fallas:


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Figura 6. Simulación del circuito en Multisim

.

V. COMPONENTES

El montaje anteriormente propuesto consta de los siguientes componentes:

Resistores Capacitor Diodos 2--Resistencias de 3.3K Ohms. 1/2 Watt

2N3904 - 4x. 1N4004 x4

2--Resistencias de 10K Ohms. 1/2 Watt.

Tip 122 - x2. 1N4007 x4

2--Resistencias de 330R Ohms. 1/2 Watt

Tip 127 - x2

2--Resistencias de 47 Ohms. 1/2 Watt

Pulsadores

2--Resistencias de 470 Ohms. 1/2 Watt

Pulsador x2

Figura 7. Curva característica del diodo 1N4004 establecida por el fabricante.

TIP122 y TIP 127Es un transistor de potencia darlington (dos transistores conevtados en cascada para aumentar la ganancia). Su IC es de 5 A, su hFE es de 1.000 y VCEO es de 100 V. El transistor complementario (mismas características salvo que es PNP, es el TIP 127). Su elevada ganancia permite conectar la base al microcontrolador, y el colector a circuitos de elevada potencia, sin ninguna etapa previa.Características:

Figura 8. .TIP 122 físico

.

Altura 9.15mmAncho 4.6mm


http://www.electronicafacil.net/datasheets/buscar.php?componente=1N4004

http://www.electronicafacil.net/datasheets/buscar.php?componente=1N4004

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Corriente de Corte Máxima del Colector

0.2mA

Corriente Máxima Continua del Colector

5 A

Dimensiones10.4 x 4.6 x 9.15mm

Ganancia Mínima de Corriente DC

1.000

Longitud 10.4mmTemperatura de Funcionamiento Mínima

-65 °C

Temperatura Máxima de Funcionamiento

+150 °C

Tensión Base Máxima del Colector

100 V

Tensión de Saturación Máxima Colector-Emisor

4 V

Tensión Máxima Colector-Emisor

100 V

Tensión Máxima Emisor-Base

5 V

Tipo de Paquete TO-220

Tabla 2. Especificaciones del fabricante Tip 122 y 127

Transistor 2N3904

Es un transistor de unión bipolar de mediana potencia, destinado para propósito general en amplificación y conmutación, construido con semiconductor silicio en diferentes formatos como TO-92, SOT-23 y SOT-223 como se muestra en la figura I, donde también se muestra su distribución de pines. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias y trabajar a frecuencias medianamente altas.

Figura 9. .Transistor 2n3904 físico

Caraterísticas:

*Voltaje colector emisor en corte 40 V (Vceo)*Corriente de colector constante 200m A (Ic)*Potencia total disipada 625mW (Pd)*Ganancia o hfe entre 30 -300 (hfe)*Frecuencia de trabajo 300 Mhz (Ft)*Encapsulado TO-92*Estructura NPN

El optoacoplador 4N25 es un dispositivo que consta de un arseniuro de galio que emite infrarrojo diodo ópticamente acoplada a un detector de silicio fototransistor monolítico.

La mayoría de Elección Aislador óptico económico para la velocidad media, que cambian usosCumple o excede todas las especificaciones JEDEC registrados

*Circuitos de conmutación de uso general*Interconexión y los sistemas de acoplamiento de los *diferentes potenciales y las impedancias*E / S de Interconexión*Relés de estado sólido.

Figura 8. .Optoacoplador 4N25 físico y configuración.


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VI. CONCLUSIONES

Cuando se utiliza la Configuración Puente H para el cambio del giro en motor Puente H obtenemos el manejo de dicho motor sin necesidad de producir corriente negativas con tan solo utilizar unos elementos discretos que me amplificarían la corriente del motor para que trabaje en su punto más optimo.

Se demostró que el amplificador Darlington a la salida disminuye la impedancia y esto conlleva a que la corriente y la tensión sean más altas. El en este tipo de amplificadores demasiado alto como el material es de silicio el VBE va a ser igual a 1,4v. Como utilizo dos Transistores en cascada la corriente que utiliza el primero es mucho menor que la del segundo puesto que este es el impulsor y es el que va generalmente conectado a la corriente que suministra un circuito digital sabiendo que esta es muy baja. A la salida de este amplificador tenemos la corriente suficientemente alta para que se pueda girar el motorEste circuito no admite la carga en serie o paralelo de baterías, sino solamente una batería por vez.

Los transistores que se encuentran en saturación cuando se genera un giro del motor se comportan casi como un corto circuito teniendo una caída de tensión aproximada a los 0 voltios, y una corriente lo suficientemente alta, permitiendo que el motor gire mientras los otros pares complementarios se comportan como un circuito abierto los cuales poseen la

caída de tensión pero no transmiten corriente lo que permite que el motor gire en uno de los sentidos de polarización.

REFERENCIAS

[1] SEARS, Francis y ZEMANSKY, Mark. Física Universitaria. Pearson Educación, 1999. 1v

[2] L.BOYLESTAD, Robert, Electrónica, teoría de circuitos, Editorial Prentice Hall, Año 1997.

[3] L. BOYLESTAD, Robert, Dispositivos pnpn y otros. Ed. Mc Graw Hill. 1994

[4] Internet: (http://www.freewebs.com/fisicamontpe)

[5] http://smdelectronicayalgomas.blogspot.com/2011/02/dip-6-optoisolators-salida-del.html#ixzz2CArNd2MZ


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