Circuito PWM - Conocer y aplicar el PWM, que consiste en una señal con una determinada frecuencia PDF

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Conocer y aplicar el PWM, que consiste en una señal con una determinada frecuencia fijos de tensión: un alto; que es la amplitud, y uno bajo; que es el valor nulo....

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO- FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

Practica de Laboratorio N° 03

CIRCUITO PWM (PULSE WIDTH MODULATION) I)

INTRODUCCION: Dentro de todos los tipos de circuitos que puedan existir en la electrónica, el que se desarrollara es el conocido como el CIRCUITO PWM, el cual es un tipo de señal de voltaje utilizada para enviar información o para modificar la cantidad de energía que se envía a una carga. En donde las señales son de tipos cuadradas o sinusoidales en las cuales se le cambia el ancho relativo respecto al período de la misma, el resultado de este cambio es llamado ciclo de trabajo y sus unidades están representadas en términos de porcentaje. Las aplicaciones típicas para este tipo de señales son: Controlar intensidad de un LED, mover servomotores, controlar LED RGB, controlar velocidad de motores de corriente continua y controlar motores eléctricos de inducción o asincrónicos.

II)

OBJETIVOS Los objetivos a realizarse para esta nueva experiencia en el laboratorio son los siguientes:  Conocer y aplicar el PWM (Pulse Width Modulation), que consiste en una señal con una determinada frecuencia fijos de tensión: un alto; que es la amplitud, y uno bajo; que es el valor nulo.  Desarrollar la modelación del circuito PWM en el Proteus, todo esto con el fin de corroborar el funcionamiento de los componentes adheridos al circuito.  Elaborar el circuito PWM en el Protoboard, usando los componentes solicitados para esta experiencia, componentes tales como: el motor, CI Timer 555, un transistor MOSFET, dos diodos 1N5818, entre otros.

III)

DESARROLLO Los pasos que se hicieron para elaborar el circuito de esta experiencia, que es la del circuito PWM son los siguientes:  El primer paso del desarrollo es identificar las características que presentan cada componente para a continuación situarlos en el Protoboard de manera que el circuito corra eficientemente.

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 Lo siguiente es situar los componentes, ante todo esto ayudado con la simulación que se hizo en el Proteus, ya que allí se hizo un previo ensayo para verificar si todo está en perfectas condiciones  Cuando se verifico la simulación; se procedió a armar el circuito en el cual se comienza situando los diodos seguido del potenciómetro de 100 k; para después continuar con los condensadores y el TIMER, teniendo en consideración que cada condensador esté conectado a tierra.  Finalmente, se sitúa el motor de 6V o 12V y el transistor, que se conecta a tierra; una vez hecho todo lo anterior, se procederá a hacer la prueba del circuito.

IV)

FOTOS DEL PROYECTO

Esquema del circuito

Circuito simulado en Proteus

Circuito elaborado en Protoboart

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Motor y demás componentes de la experiencia.

V)

CUESTIONARIO 1.- Describa el Timer 555, con sus características y funcionamiento: El LM555 es un dispositivo altamente estable para generar retrasos u oscilaciones de tiempo precisos. Se proporcionan terminales adicionales para disparar o reiniciar si así lo desea. En el modo de operación de retardo de tiempo, el tiempo es controlado con precisión por una resistencia externa y un condensador. Para una operación estable como un oscilador, la frecuencia de funcionamiento libre y el ciclo de trabajo se controlan con precisión con dos resistencias externas y un condensador. El circuito puede activarse y reiniciarse en formas de onda descendentes, y el circuito de salida puede generar o descender hasta 200 mA o conducir circuitos TTL.

CARACTERÍSTICAS:    

Reemplazo directo para SE555 / NE555 Tiempo desde microsegundos hasta horas Funciona en modos estable y monoestable Ciclo de servicio ajustable

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    

Salida Puede Fuente o Sumidero 200 mA Salida y suministro TTL Compatible Estabilidad de temperatura mejor que 0.005% por ° C Normalmente encendido y normalmente apagado Disponible en el paquete VSSOP de 8 pines

FUNCIONAMIENTO: El circuito integrado temporizador 555, puede funcionar lo mismo como multivibrador estable (oscilación libre) que como multivibrador monoestable (one shot). a)

FUNCIONAMIENTO EN MODO ASTABLE

b) FUNCIONAMIENTO EN MODO MONOESTABLE

2.- Describa el transistor MOSFET IRFZ46n, con sus características y funcionamiento: Los MOSFET de potencia HEXFET utilizan técnicas de procesamiento avanzadas para lograr una resistencia a la exposición extremadamente baja por área de silicio. Este beneficio, combinado con la velocidad de conmutación rápida y el diseño de dispositivo reforzado por el que los MOSFET de potencia HEXFET son bien conocidos, proporciona al diseñador un dispositivo extremadamente eficiente y confiable para usar en una amplia variedad de aplicaciones. El paquete TO-220 es universalmente preferido para todas las aplicaciones comerciales industriales a niveles de disipación de potencia de aproximadamente 50 vatios. La baja resistencia térmica y el bajo costo del paquete del TO220 contribuyen a su amplia aceptación en toda la industria.

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CARACTERISTICAS:  Tecnología de proceso avanzada  Ultra baja resistencia a la conexión  Clasificación dv / dt dinámica - 175 ° C Temperatura de funcionamiento  Conmutación rápida  Clasificación de avalancha completa.

FUNCIONAMIENTO: En un MOSFET tipo P, el funcionamiento es a la inversa, ya que los portadores son huecos (cargas de valor positivas, el módulo de la carga del electrón). En este caso, para que exista conducción el campo eléctrico perpendicular a la superficie debe tener sentido opuesto al del MOSFET tipo N, por lo que la tensión aplicada ha de ser negativa. Ahora, los huecos son atraídos hacia la superficie bajo la capa de óxido, y los electrones repelidos hacia el sustrato. Si la superficie es muy rica en huecos se forma el canal P. Cuanto más negativa sea la tensión de puerta mayor puede ser la corriente (más huecos en el canal P), corriente que se establece al aplicar al terminal de Drenador una tensión negativa respecto al terminal de Fuente. La corriente tiene sentido opuesto a la de un MOSFET tipo N.

3.- Describa el Diodo 1N5818, con sus características y funcionamiento: El rectificador Schottky de plomo axial 1N5818 / 1N5819 ha sido optimizado para una baja caída de voltaje directo, con moderada fuga. Las aplicaciones típicas están en el cambio de fuentes de alimentación, convertidores, diodos de rueda libre y batería inversa protección.

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CARACTERISTICAS      

Perfil bajo, perfil axial con plomada. Encapsulación epoxi de alta pureza y alta temperatura para una mayor resistencia mecánica y resistencia a la humedad. Caída de voltaje directo muy baja. Operación de alta frecuencia. Anillo protector para mayor robustez y confiabilidad a largo plazo. Chapado sin plomo.

ESTILO DE CASO Y DIMENSIONES Marca del dispositivo: 1N5818

4.- Describa otros tipos de aplicaciones para los circuitos PWM: En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones.

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-EN MOTORES: La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relés (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia). -COMO PARTE DE UN CONVERSOR ADC: Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuánto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC.

5.- ¿Qué es un variador de frecuencia? Un variador de frecuencia son vertientes de un variador de velocidad, ya que llevan un control de frecuencia de alimentación, la cual se suministra por un motor. Otra forma en que son conocidos los variadores de frecuencia son como Drivers ya sea de frecuencia ajustable (ADF) o de CA, VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia), micro drivers o inversores; esto depende en gran parte del voltaje que se maneje.

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-

VI)

COMO FUNCIONA: Se alimenta al equipo con un voltaje de corriente alterna (CA), el equipo primero convierte la CA en corriente directa (CD), por medio de un puente rectificador (diodos o SCR´s), este voltaje es filtrado por un banco de capacitores interno, con el fin de suavizar el voltaje rectificado y reducir la emisión de variaciones en la señal; posteriormente en la etapa de inversión, la cual está compuesta por transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a un frecuencia constante y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor.

CONCLUSIONES  Utilizando el programa de Proteus hemos podido diseñar de circuito y luego lo hacemos de manera física utilizando el protaboard por lo que observamos el funcionamiento del PWM (Pulse Width Modulation), variando la tensión alto, bajo, etc. y además de los otros componentes que utilizamos en el protoboard.  Así mismo con la utilización de equipos como el multímetro, etc. hemos podido realizar el funcionamiento de manera segura ya que este nos permite identificar el error en el circuito adherido al protoboard.  Y finalmente utilizando los distintos materiales hemos diseñado el circuito el cual podemos hacer variar la frecuencia con el potenciómetro.

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