Circuitos de control para motores

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Circuitos de control electrónicos para motores eléctricos

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Circuitos de control electrónicos para

motores eléctricos

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Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías.

Control de motores

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Motores AC: Estos motores utilizan corriente alterna. Se clasifican en dos grandes tipos, síncronos y asíncronos.

Motores DC: Estos motores utilizan corriente continua. Los tipos comunes de los motores de DC son los motores en serie, en derivación, los compuestos y los de imán permanente.

Motores AC y DC

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Es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Según su funcionamiento, se pueden dividir en dos clases:

1. De funcionamiento continuo, astable o de oscilación libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentación.

2. De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su estado de reposo. ◦ Si posee dos de dichos estados, se denomina biestable.◦ Si poseen uno, se le llama monoestable.En su forma más simple son dos simples transistores realimentados entre sí. Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden definir los periodos de inestabilidad.

Circuitos de control de tiempo

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Oscilador Astable: Una onda cuadrada puede ser generada mediante un multivibrador astable que conmuta periódicamente entre sus dos estados inestables.

Monoestable, que permanecen en un estado determinado mientras no se les aplique una señal exterior que les haga cambiar al estado contrario para, posteriormente, regresar de nuevo al de reposo y permanecer en él hasta la presencia de un nuevo impulso de excitación.

Biestable, que pueden permanecer en cualquiera de los dos estados de forma indefinida, si no se les aplica una señal exterior que les haga cambiar al estado contrario.

Circuitos de control de tiempo

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Un multivibrador astable es un oscilador de relajación; su frecuencia de salida depende de la carga y descarga de condensadores. Estas cargas y descargas son provocadas por la conmutación de transistores.

Oscilador Astable Transistorizado

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Estado 1: Q1 conduce, Q2 en corteUn astable tiene dos estados, y ambos son inestables, de forma que el circuito alterna continuamente uno con otro. Empezaremos por el estado 1, como si acabara de conmutar desde el estado 2.

Al comienzo del estado 1 Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7. C2 está cargado negativamente (el terminal + está a menos

tensión que el -) con un potencial de -0.7V.

Oscilador Astable Transistorizado

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Como Q2 está en corte vamos a considerar que no pasa corriente por sus terminales. Así imaginariamente sacamos Q2 del circuito. Como Q1 está en conducción, su unión Base-Emisor es como un diodo polarizado en directo (sustituimos esta unión por un diodo); y al estar saturado suponemos que la pérdida de tensión Emisor-Colector es mínima (sustituiremos esta por un conductor).

Oscilador Astable Transistorizado

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Oscilador Astable Transistorizado• C2 va a cargarse a través de R4 y la base de Q1. Así pues

C2, que empezó con -0.7V va a cargarse hasta Vcc-0.7V (no llega a Vcc porque 0.7V es la caída de tensión B-E de Q1). Y además esta carga será muy rápida porque R1 y R4 serán de un valor muy bajo comparadas con R2 y R3.Mientras tanto C1, que partía con Vcc-0.7 voltios positivos, ahora está conectado del revés. Así que empieza a descargarse (o a cargarse negativamente) a través de R2. Esta carga será más lenta. Desde los Vcc-0.7 hasta... en teoría hasta -V (se pone el menos para indicar que está invertido), pero no va a llegar ahí. Porque cuando C1 alcanza los -0.7V, su terminal + está a masa y el - tiene ya 0.7V, y este último está conectado a la base de Q2. ¿Qué pasa cuando cuando a un NPN le aplicamos a su base 0.7 voltios más que a su emisor?

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La tensión BE de Q2 es 0.7 más o menos, mientras la tensión en la base esté por debajo de ese valor no va a conducir. En el momento en que se alcanza esa tensión ya sí conduce. La base de Q2 queda polarizada a través de R2.Recordemos que a estas alturas C2 se había cargado completamente hasta Vcc-0.7. Pues cuando Q2 pasa a conducción conecta a masa el terminal + de C2, mientras el - sigue aplicado a la base de Q1. Es como si se aplicara el condensador, invertido, a Q1. La base de Q1 recibe de golpe -(Vcc-0.7) que lo lleva inmediatamente al corte. Pudiendo incluso provocar una ruptura de la unión por avalancha. En estas condiciones entramos al estado 2.

Oscilador Astable Transistorizado

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Estado 2: Q1 en corte, Q2 conduce

Tal como hicimos para el estado 1, vamos a describir las condiciones iniciales del estado 2. Que son las del párrafo anterior.

Al comienzo del estado 2:

Q1 está en corte. Q2 está en conducción. C1 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V. C2 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7. Haciendo lo mismo que antes, vamos a eliminar Q1 del

circuito y vamos a sustituir Q2 por un diodo y un puente:

Oscilador Astable Transistorizado

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Vemos que C1 va a ir desde -0.7V hasta los Vcc-0.7V, rápidamente pues R1 es pequeña.C2 va a descargarse lentamente a través de R3 desde los Vcc-0.7V hasta los hasta -0.7V. Porque cuando llegue ahí Q1 va a conducir, va a llevar a masa el + de C1 y va a aplicar a la base de Q2 toda la carga de C1 invertida, llevándolo al corte. Y provocando el estado 1 de nuevo.

Oscilador Astable Transistorizado

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Vemos que cuando eso pase tendremos:

Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de

Vcc - 0.7V. C2 está cargado negativamente con un potencial de -

0.7V.

Que son justamente las condiciones iniciales que dimos para el estado 1. Así el ciclo se repite indefinidamente

Oscilador Astable Transistorizado

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Calcular los componentes

Para empezar, nos interesa que los condensadores se carguen por R1 y R4 más rápidamente de lo que se descargan por R2 o R3. Porque cuando ocurra la transición queremos que el otro ya esté cargado. Así que R1 < R2 y R4 < R3. Por simplicidad haremos R1 = R4 (esto con el fin de que la señal de salida sea simétrica). Pero no nos interesa que la corriente que fluye Emisor-Colector durante la carga queme los transistores. Dependidiendo de la tensión de alimentación, un valor entre 100 ohm y 1k estaría bien.

Oscilador Astable Transistorizado

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El tiempo que tarda en conmutar del estado 1 al estado 2 viene dado por lo que le lleva a C1 descargase desde los Vcc-0.7V hasta los -0.7V. Lo hace a través de R2, y usando la ecuación de carga de un condensador tenemos:

Donde:Tensión inicial: V0 = Vcc-0.7 Tensión en bornes: E = - Vcc Tensión final: V = -0.7

Oscilador Astable Transistorizado

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Este último valor es el que suele darse habitualmente. La aproximación tiene un margen de error que es menor cuanto mayor sea la tensión de alimentación. Con 5V el error es de un 10%, como es del mismo orden que la tolerancia de los componentes se admite tal aproximación.

Oscilador Astable Transistorizado

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Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada:

Oscilador Astable con CI 555

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La salida tiene un nivel alto por un tiempoT1 y un nivel bajo por un tiempoT2. Los tiempos de duración dependen de los valores de R1, R2 y C.

t1 = 0,693(R1+R2)C t2 = 0,693*R2*C T = t1+t2 = 0,693(R1+2*R2)C f = 1/T = 1,443/(R1+2*R2)C

Siendo R en Ohms, C en Faradios y T en segundos

Oscilador Astable con CI 555

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En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de una duración determinada T. La temporización comienza con un impulso de disparo a nivel bajo en el terminal "Disparo":

Multivibrador Monoestable

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El tiempo de activación de la señal de disparo ha de ser menor que el de temporización. Mientras se mantenga a nivel bajo el disparo la salida será 0. Si se desactiva el disparo antes de que termine la temporización, esta se realizará normalmente, pero si se mantiene mas tiempo, la salida será 0 hasta que se elimine la señal en disparo.

Este monoestable es del tipo "no redisparable" es decir, un nuevo disparo no inicia de nuevo la temporización.

Multivibrador Monoestable

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Ejemplos de disparo y temporización T

Multivibrador Monoestable

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El tiempo que la salida esta a nivel alto es: t = 1,1*R*C.

Ejemplo C = 12 uF T= 5 s R =? R = t/1,1*C = 5s/1,1*12uF = 0,3788 Mohmio =

390Kohmios

Multivibrador Monoestable

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FIN