Electronica lab 3

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Diseño de un controlador para un motor DC sin escobillas (BLCD o ESC)[pic 4]

Allan Sebastian Torres, Nicolas Ovalle Valero {est.allan.torres, est.nicolas.ovalle}@unimilitar.edu.co Profesor: Bernal Acero Luis Horacio

Resumen— En la presente práctica de laboratorio tiene como objetivo realizar y diseñar un sistema electrónico que permita controlar la velocidad de un motor sin escobillas y permita conmutar las tres fases del motor DC sin escobillas.

En el diseño del circuito, se llevaron a cabo el uso de componentes electrónicos como los son los transistores de tipo BJTs y MoSFET, resistencias, un motor y switch donde estos elementos juntos permiten cumplir los objetivos de la práctica de laboratorio.

Palabras clave—Circuito electrónicos, motores sin escobillas, transistores, pmw, sistema electrónico, velocidad, sensores, rotor, estator.

Abstract – The objective of this laboratory practice is to carry out and design an electronic system that allows controlling the speed of a brushless motor and allows switching the three phases of the brushless DC motor.

In the design of the circuit, the use of electronic components such as BJTs and MOSFET transistors, resistors, a motor and a switch were carried out where these elements together allow to meet the objectives of the laboratory practice.

Keywords - Electronic circuit, brushless motors, transistors, pwm, electronic system, speed, sensors, rotor, stator.

1. INTRODUCCIÓN

A lo largo de los años de los años los motores han sido de gran importancia en el área de la electrónica y en la industria, sin embargo, había un problema que era realizar un motor que permitiera lograr conmutar la corriente por el magneto y no utilizará elementos de desgaste.

Entonces se llevó a cabo el diseño de un motor sin escobillas, el cual como lo dice su nombre no necesita escobillas de que tienden al desgaste y afectan la utilidad del motor, y en el motor brushless está construido para ser un mejor dispositivo electrónico que mejora la fiabilidad y la vida de este.

En la industria, el motor BLCD es de los más utilizados por las múltiples propiedades, por su tamaño, permite eliminar la pérdida de potencia, cuentan con mejor velocidad, la respuesta

es más dinámica, en su funcionamiento realizan su proceso de operación sin ruido y a mayores rangos de velocidad.

1. Marco teórico

• Motores sin escobillas o BLCD

Los motores sin escobillas son muy conocidos actualmente gracias a sus ventajas frente a los motores tradicionales.

Es un motor de CC sin escobillas con sensores posicionales incorporados (denominados sensores de efecto Hall). Estos sensores pueden ser utilizados por un controlador de motor sin escobillas (ESC sin escobillas) para monitorear la posición exacta del rotor y por lo tanto son un método útil para mantener la velocidad del motor sin escobillas.

Estos sensores también son especialmente útiles durante la fase de puesta en marcha, ya que permite aplicar una secuencia optimizada en función de la posición exacta del rotor.

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Figura 1. Funcionamiento de un motor trifásico

• Mosfet de potencia

Los mosfets de potencia (power mosfets) son componentes electrónicos que nos permiten controlar corrientes muy elevadas. Como en el caso de los mosfets comunes, tienen tres terminales de salida que se llaman: Drain, Source y Gate (D, S y G). La corriente principal pasa entre Source y Drain (ISD) mientras que el control de esta corriente se obtiene aplicando una tensión sobre el terminal Gate (respecto al terminal Source), conocida como VGS.

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Figura 2. Conexión directa de un Mosfet a un microcontrolador

En condiciones de reposo, la corriente de Gate es prácticamente nula porque al interior del componente, el terminal Gate se encuentra conectado a una especie de capacitor. Por lo tanto circula corriente de Gate solo cuando cambiamos el nivel de tensión de entrada (cambio de estado lógico) y este es el motivo por el cual el consumo de los mosfet (como en el caso de todos los circuitos lógicos MOS) aumenta en proporción a la frecuencia de conmutación. Existen "power mosfets" de dos tipos: los de canal N y los de canal P. La diferencia entre estos está en la polaridad de conexión Source-Drain y en el hecho que la tensión de Gate de los mosfet de canal P es negativa (las mismas diferencias que existen entre los transistores NPN y PNP)

• Estructura del motor brushless

La construcción de motores DC sin escobillas modernos es muy similar a la de los motores AC. El rotor es un elemento magnético permanente, y el estator está formado por embobinados al igual que un motor AC de varias fases. La gran diferencia entre estos dos tipos de motores es la forma de detectar la posición del rotor, para poder saber cómo se encuentran los polos magnéticos y así generar la señal de control mediante switches electrónicos. Este censado de la ubicación de los polos magnéticos en los motores DC sin escobillas normalmente se hace con sensores de efecto Hall, aunque existen modelos que utilizan sensores ópticos, que funcionan de manera similar a los encoders.

• Funcionamiento del motor sin escobillas

La lógica de funcionamiento de un motor DC sin escobillas, se utilizó un motor con un rotor (elemento magnético), tres embobinados en el estator y tres foto - transistores encargados de la detección de la posición del rotor.

El rotor del motor se encuentra sujeto a una especie de lámina que va girando con éste y que es el objeto que obstruye la luz a los foto - transistores, con lo que se obtiene los estados de los sensores, que determinan las variables de entrada a la lógica que realiza el movimiento.

Una vez se conoce la posición del rotor, se comienza a seguir la lógica secuencial para moverlo a una velocidad determinada, esto se logra energizando las bobinas del estator en diferentes tiempos. Para alimentar los embobinados se usa un control, seguido de una etapa de salida compuesta por transistores, que cumplan con los requerimientos de velocidad y potencia, y se hace pasar corriente por las fases dependiendo de la posición del rotor

1. COMPETENCIAS A DESARROLLAR

• Integrar de los conocimientos adquiridos en electrónica y programación en la elaboración de un sistema electrónico para aplicaciones mecatrónicas.
• Diseñar y verificar mediante simulación un sistema electrónico que permita controlar la velocidad de un motor DC sin escobillas.
• Diseñar y verificar mediante simulación un driver que permita conmutar las tres fases de un motor DC sin escobillas.

1. DESARROLLO DE LA PRACTICA

En el desarrollo de la practica se diseñó un circuito que implementa la lógica digital y la lógica electrónica, el cual tiene como objetivo controlar la velocidad y el giro de un motor DC sin escobillas (BLDC).[pic 8]

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