Proyecto Electronica de Potencia

Embed Size (px)

Text of Proyecto Electronica de Potencia

Universidad Francisco Gavidia.Electrnica de Potencia ICiclo 01-2014

Control de velocidad de Motor DC

Catedrtico:Ing. Hctor Carrillo

Integrantes:Marx Ernesto Arvalo Cortes AC103710Daniel Elas Caldern Viana CV101709Ernesto Edgardo Jimnez Iraheta JI100110

San salvador 2 de Junio de 2014

INDICE

INTRODUCCION1OBJETIVOS2General:2Especficos:2MARCO TEORICO3TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL OXIDO SEMICONDUCTOR. (MOSFET)3CARACTERISTICAS PRINCIPALES3ESTRUCTURA DEL MOSFET4MOSFET DE ACUMULACION O ENRIQUECIMIENTO5MOSFET DE DEPLEXION O EMPOBRECIMIENTO7MOTOR DC LIMPIA PARABRISAS8COMPONENTES PRINCIPALES:8TRANSISTOR BIPOLAR 2N22212DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL SISTEMA13DIAGRAMA DEL CIRCUITO14CODIGO UTILIZADO PARA GENERACION DE PWM15FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO16CALCULOS REALIZADOS17MATERIALES UTILIZADOS19CONCLUSIONES20ANEXOS21

22

23

INTRODUCCION

El descubrimiento y desarrollo de dispositivos electrnicos capaces de modificar las caractersticas de la energa elctrica, tensin y frecuencia ha crecido tanto que hoy todos estos dispositivos forman parte necesaria para el control maquinas elctricas principalmente en la industria debido a su versatilidad, bajos costos y a la eficiencia de los mismos. Tambin en nuestra vida diaria nos encontramos con varias aplicaciones en maquinas simples como de calefaccin, ventilacin, aire acondicionado, Iluminacin,equipos informticos, etc. que utilizan estos componentes que controlan sus caractersticas elctricas para poder ser mas eficientes y de fcil utilizacin que hacen que nuestras tareas diarias sean mas fciles de completar.

En el presente proyecto pretendemos aplicar los conocimientos adquiridos para disear y desarrollar un modelo de aplicacin de estos dispositivos de potencia utilizando un transistor con tecnologa MOSFET para controlar la velocidad de giro un motor DC de 12 voltios.

La aplicacin esta diseada de tal manera que este se pueda aplicar a la vida diaria por ello construiremos una circuito de potencia capaz de controlar por medio de una interfaz la velocidad de giro de un modelo de puerta automtica a escala. Donde la velocidad de giro de esta estar directamente ligada al flujo de personas que pasaran a travs de ella.

OBJETIVOS

General:

Desarrollar una aplicacin con circuito de potencia capaz de controlar la velocidad de giro de un motor de corriente directa DC.

Especficos:

Utilizar PWM (modulacin por ancho de pulso) para la conmutacin del circuito de potencia y el control de la puerta giratoria.

Desarrollar una aplicacin practica donde se utilice en control de velocidad de giro de un motor DC.

Utilizar un dispositivo de potencia para desarrollar el circuito de control del motor.

Controlar por medio de diferentes teclas del teclado de una computadora la velocidad del motor.

MARCO TEORICO

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL OXIDO SEMICONDUCTOR. (MOSFET) La estructura metal-oxido-semicondcutor constituye la base de toda una familia de dispositivos tan importante, por lo menos, como el grupo de dispositivos fundamentados en la unin pn. Constituye, adems, un elemento de gran utilidad para el estudio de las superficies del semiconductor. Es decir, a travs de la estructura metal-oxido- semiconductor se pueden estudiar la fiabilidad y la estabilidad de los dispositivos electrnicos de estado slido. CARACTERISTICAS PRINCIPALES

- La corriente de drenador se controla mediante el voltaje VGS- En los MOSFET de acumulacin a partir de un cierto valor umbral de VGS se forma el canal y puede circular la corriente de drenador- En los MOSFET de deplexin una difusin adicional permite la circulacin de la corriente de drenador incluso para un voltaje VGS nulo- Aplicaciones tpicas: convertidores y accionadores electrnicos de potencia, etapas amplificadoras, circuitos digitales

ESTRUCTURA DEL MOSFET

La estructura MOS ideal se supone que esta constituida por:

- Un semiconductor cuyas propiedades en superficie y volumen son idnticas. Es decir, se supone que no existen centros de carga en la interfase oxido-semiconductor.

-Un xido que es homogneo, constituyendo un aislante perfecto que no contiene ninguna carga elctrica.

Un metal cuyos portadores, los electrones, son igualmente energeticos que los portadores mayoritarios del sustrato. Existen dos tipos de transistores MOSFET. 1. MOSFET de acumulacion o de enriquecimiento 2. MOSFET de deplexion o empobrecimiento

MOSFET DE ACUMULACION O ENRIQUECIMIENTO ESTRUCTURA BASICA

Como podemos ver en la Figura en la que aparece representada la estructura bsica para un MOSFET de canal n, partimos de una zona de material semiconductor tipo p en la que aparecen dos zonas tipo n+ con contactos metlicos a los terminales de drenador y fuente. La zona roja representada corresponde a una capa de material aislante, en este caso oxido de silicio. Por tanto, si nos fijamos en el terminal de puerta, vemos como tenemos una zona metlica (correspondiente al contacto hmico) una zona de oxido y una zona de semiconductor. Es precisamente debido a esta estructura de donde le viene el nombre al dispositivo de Metal Oxido Semiconductor (MOS). Adems, este dispositivo tendra un cuarto terminal, el terminal del Sustrato (SS), aunque habitualmente este se encuentra conectado a la fuente.Es preciso que notemos una caracterstica fundamental de este dispositivo y es que la puerta esta aislada elctricamente del dispositivo, es decir, no hay conexin elctrica entre la puerta y el sustrato.

Funcionamiento:Para analizar el funcionamiento de este tipo de transistores conectamos a tierra el sustrato y la fuente, es decir, hacemos que la tensin entre fuente y drenaje sea cero, y aplicamos una tensin negativa a la puerta. Se crear un campo elctrico perpendicular al xido, el cual inducir cargas positivas junto a la superficie del semiconductor. Como el sustrato tipo N contiene muy pocos huecos, las cargas positivas superficiales son principalmente huecos procedentes de la fuente y el drenaje tipo P. Estas cargas mviles, que son portadores minoritarios en el sustrato, forman una capa de inversin slo si la tensin fuente - puerta supera el nivel umbral. A medida que la tensin negativa de puerta sube por encima del umbral, las cargas positivas inducidas en el conductor tambin crecen. La regin debajo del xido es ahora un canal P, la conductividad aumenta y circula corriente desde la fuente al drenaje a travs del canal inducido al aplicar un potencial negativo de drenaje y fuente. Por tanto, la corriente de drenaje se intensifica con la tensin negativa de puerta, por lo que el dispositivo recibe el nombre de MOSFET de acumulacin.

MOSFET DE DEPLEXION O EMPOBRECIMIENTOSi en la estructura bsica de un transistor MOSFET se difunde un canal entre fuente y drenaje, con el mismo tipo de impurezas empleadas en la difusin de las propias fuente y drenaje, se obtiene el MOSFET de deplexin. Consideremos la estructura de canal N mostrada en la ilustracin correspondiente. Si la tensin fuente-drenaje es positiva, circular una apreciable corriente de drenaje para un tensin de puerta-fuente de cero voltios.

MOSFET de deplexin con canal tipo NSi la tensin de puerta se hace negativa, se inducen cargas positivas en el canal a travs del xido del condensador de puerta. Puesto que la corriente en un transistor de efecto de campo es debida a los portadores mayoritarios (electrones en un material tipo N), las cargas inducidas positivas hacen el canal menos conductor y la corriente de drenaje cae cuando la tensin puerta - fuente se va haciendo ms negativo. La redistribucin de las cargas en el canal provoca una deplexin o debilitamiento efectivo de portadores mayoritarios, de ah su nombre: "MOSFET de deplexin".

MOTOR DC LIMPIA PARABRISAS

En la actualidad todos los motores limpiaparabrisas disponen de dos velocidades, lenta y rpida, esta ltima, se obtiene alimentando el colector mediante una tercera escobilla desfasada de las otras dos.El sistema de reduccin de velocidad incorporado al motor elctrico, transforma la velocidad del rotor o inducido (2.500 a 3.000 r.p.m.), en otra adecuada a los ejes-brazos raquetas de 50 a 70 oscilaciones por minuto.El motor elctrico es de induccin por imanes permanentes y debe tener la potencia necesaria para vencer el rozamiento que existe entre las escobillas de goma y el parabrisas del vehculo, en cualquiera de las condiciones de funcionamiento.

COMPONENTES PRINCIPALES:

Carcasa o inductor

A travs de este componente se cierra el campo magntico del motor. Est formado por la carcasa propiamente dicha, en la que se han incorporado las siguientes piezas:

- Un conjunto inductor, formado por dos imanes permanentes de tipo cermico, adheridos al interior de la carcasa.

- Un tope de material termoplstico, que sirve de apoyo axial al eje del inducido.

Rotor o inducido Est constituido por un eje de acero con los elementos siguientes:- Un paquete de lminas ranuradas, en las que se alojan los arrollamientos inducidos.- Un colector, al que se conectan los arrollamientos inducidos y sobre el que rozan las escobillas.- En el extremo del eje se encuentra tallado el husillo sinfn, para el accionamiento de la rueda reductora de velocidad.

Soporte motor Es una pieza de aluminio obtenida mediante fundicin inyectada (ver figura), se acopla a la carcasa por medio de un rebaje circular exterior y dispone de tres apoyos con taladros roscados, para su fijacin al vehculo o a la placa soporte del mecanismo de transmisin. El soporte motor difiere principalmente de un limpiaparabrisas a otro en su forma, segn sea el sistema de transmisin de movimiento empleado.Incorpora los siguientes elementos:- Un portaescobillas moldeado en material termoestable, sujeto por rebordeados al soporte moto