Informe practica 6 ; Temporizadores, PWM y conmutadores de estado sólido PDF

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Práctica 6: Temporizadores, PWM y conmutadoresde estado sólidoJulián David Criollo Aguirre, Sara María PerdomoProfesor: Felipe Osorio ArteagaUNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRAResumen--- En el presente informe se presentará un semáforo con un motor el cual ca mbiará de estado una barrera de paso para...

Description

Práctica 6: Temporizadores, PWM y conmutadores de estado sólido Julián David Criollo Aguirre, Sara María Perdomo Profesor: Felipe Osorio Arteaga UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA Resumen--- En el presente informe se presentará un semáforo con un motor el cual cambiará de estado una barrera de paso para los automóviles. Palabras claves--- Compuertas lógicas, ciclo de carga, detector de flancos, basculación, tiempo, saturación, PWM, optoacopladores, tiristores. Abstract-- In this report a traffic light with an engine will be presented which will change the state of a barrier for cars. Key Word--- Logic gates, load cycle, edge detector, tilt, time, saturation, PWM, optocouplers, thyristors. I.

INTRODUCCIÓN

El tiristor es una familia de componentes electrónicos constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales (SCR) o bidireccionales (Triac o DIAC). Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica. El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley. El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de tensión, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión).

Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la puerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir. A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta, pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca. También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo. [1] II.

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III.

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OBJETIVOS

Diseñar redes con temporizadores y PWM’s para la activación de cargas específicas. Comprobar experimentalmente el funcionamiento de la red diseñada. MATERIALES UTILIZADOS

4 circuitos integrados 555 1 circuito integrado 74LS157 1 circuito integrado 74LS08 1 circuito integrado 74LS04 1 circuito integrado 74LS74 1 servomotor 1 pulsador normalmente abierto 1 transistor 2N222 4 capacitores de 0.01 uF 2 capacitores de 1000 uF 2 capacitores de 10 uF 1 resistencia de 2 kΩ 2 resistencias de 5.6 kΩ

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3 resistencias de 1 kΩ 2 resistencias de 330 Ω 2 resistencias de 180 Ω 2 potenciómetros de 1 kΩ 2 potenciómetros de 5 kΩ 5 diodos 1N4004 2 MOC 3011 1 transistor 2N3904 2 bombillas 120 Vrms 1 TRIAC bt134 1 SCR bt151 IV.

B. Selección del giro del motor.

DESARROLLO

A. Encendido de luces. Fig 2. Selección del giro del motor.

Fig 1. Encendido de luces.

Para encender las dos luces del semáforo se tiene dos circuitos integrados 555 en configuración monoestables no redisparables, cada uno de estos circuitos genera una señal cuadrada la cual ya fue definida. Para el circuito integrado 555 de la izquierda (figura 1), genera a la salida, pin 3, una señal cuadrada con un tiempo de subida de 2,2 [s]. Para el circuito integrado 555 de la derecha (figura 1), genera a la salida, pin 3, una señal cuadrada con un tiempo de subida de 6,16 [s]. Estos dos circuitos integrados se conectaron entre sí por un detector de flancos hechos con capacitores, lo cual tienen la función de cuando el circuito integrado 555 de la izquierda termine su ciclo de carga le mande la señal al circuito integrado 555 de la derecha para que inicie su ciclo de carga y así a su salida tenga un nivel alto, cuando este termine su ciclo de carga, mandará una señal para que el circuito integrado 555 de la izquierda inicie su ciclo de carga y se tenga un nivel alto a la salida. Este proceso se hará hasta que se desconecte la alimentación del circuito. La salida del circuito integrado 555 de la derecha va conectada a una interfaz de potencia para la bombilla de color verde y también al selector de datos para el giro del servomotor. En la practica el detector de flancos no funcionó entonces tocó que trabajar con cada circuito integrado 555 independiente.

Este motor funciona con una señal PWM, el cual, en el datasheet de él, muestra para cada señal PWM de entrada que posición del eje se tendrá. Con los dos circuitos integrados 555 que se tienen en la figura 2, se genera tal señal PWM, lo cual la salida de estos iba a un multiplexor para así tener un giro de 0° o 90° dependiendo de que luz del semáforo se tenia encendida. Para tener 0° en el eje se necesita una señal PWM con un tiempo de subida de 1,5 [ms] y un periodo de 20 [ms]. Para tener 90° en el eje se necesita una señal PWM con un tiempo de subida de 2 [ms] u un periodo de 20 [ms]. En la practica se logro tener la señal PWM para el eje en 0° pero para la señal PWM para el eje en 90° no se pudo lograr ya que el circuito integrado 555 generaba una señal cuadrada, pero al variar los potenciómetros el cual sirven para variar el ciclo de carga y descarga del capacitor, estos no lo hacían y era muy raro porque las conexiones estaban bien hechas. C. Interfaces de potencia.

Fig 3. Interfaces de potencia.

Para las interfaces de potencia se utilizó tiristores y optoacopladores, haciendo esta interfaz mucho mas eficiente que una interfaz de potencia con relé. Para la bombilla roja se tenia una interfaz de potencia con un TRIAC lo cual este elemento conduce en ambos sentidos, en la práctica no

funciono ninguna de las dos interfaces de potencia. Para esta interfaz de potencia se esperaba una señal de salida como la que se muestra a continuación:

flip flops tipo D los cuales pueden llegar a ser mas efectivos que los capacitores. 2.

¿Se obtuvo la señal PWM deseada? Explique

No se obtuvo la señal PWM deseada ya que para la posición del eje en 0° que se tenía una un tiempo de subida de 1,5 [ms] con un periodo de 20 [ms] en la practica se tuvo un tiempo de subida de 1,8 [ms] con un periodo de 26 [ms] lo cual no se podía disminuir mas estos tiempos. Aunque se tuviera en la resistencia mínima de los potenciómetros o aunque cambiáramos los capacitores; no hubo forma de llegar a la señal PWM esperada. 3.

Fig 4. Señal de la bombilla roja.

Esta foto fue facilitada por el grupo de trabajo conformado por Kenneth Marín y Daniel Guerrero. Para la bombilla verde, se tiene una interfaz de potencia con un SCR lo cual este elemento solo conduce en un sentido, se coloca un diodo en la entrada Gate para así proteger el optoacoplador de una corriente inversa. A continuación, se anexa la señal esperada de la bombilla verde:

¿Cómo es la forma de onda de las luces roja y verde? ¿ Qué ilumina más? ¿A qué se debe esto?

Para la bombilla roja se tiene una onda senoidal como en la figura 4. Esto debido a que se esta utilizando un TRIAC y este conduce en ambos sentidos, pero la onda de la bombilla verde como en la figura 5, se tiene de esta manera debido a que se utiliza un SCR y este solo conduce en un solo sentido, en este caso para la parte positiva de la señal senoidal. La bombilla que ilumina mas es la bombilla roja debido a que siempre esta viendo la señal senoidal mientras que la bombilla verde solo la ve por lapsos de tiempo debido al SCR. VI.

DISCUSIÓN

Esta práctica deja muchos conocimientos, ya que se debe de tener en cuenta el estado de cada elemento para así tener una práctica exitosa, aunque se le invierta mucho tiempo a esta, no es suficiente sí se tiene un circuito integrado 555 dañado o un optoacoplador que no funciona bien o hasta la misma protoboard que no haga un buen contacto, lo cual cada uno de estos inconvenientes son muchas horas de retraso. VII.

CONCLUSION

Este diseño es muy útil ya que ayuda a proteger la vida de las personas que viajan en cualquier tipo de transporte automovilístico, evitando accidentes catastróficos con los trenes por eso, este circuito debe de funcionar perfectamente y hacerlo para que nunca falle. BIBLIOGRAFIA Fig 5. Señal de la bombilla verde.

Esta foto fue facilitada por el grupo de trabajo conformado por Kenneth Marín y Daniel Guerrero. V.

1.

PREGUNTAS

¿Qué cambios realizaría en alguna etapa de su diseño? ¿Por qué?

El cambio mas importante que se haría es en el detector de flancos con capacitores que se utiliza en la figura 1, ya que en la practica no funciona; una opción se haría por medio de

[1] Christiansen, Donald; Alexander, Charles K. (2005); Standard Handbook of Electrical Engineering (5th ed.). McGraw-Hill...