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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAUNAD

Electrónica Industrial

Trabajo Colaborativo No. 1Grupo: 299019-9

Estudiante:

Angel Miguel Martínez Gutiérrez

Tutor:

ORLANDO HARKER

Universidad Nacional Abierta y A Distancia

Octubre de 2012

INTRODUCCION

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Mediante la ejecución de este trabajo se realiza la introducción a la unidad 1 (convertidores AC-AC Y circuitos convertidores AC-AC), aportando de forma individual y grupal para el desarrollo del taller siguiendo las instrucciones y los recursos tecnológicos que nuestro tutor ha dejado a disposición para la elaboración de este producto.Con el diseño del circuito de control AC-AC monofásico se adentra en la unidad de manera didáctica utilizando las herramientas como el software de programación en lenguaje asembler.

OBJETIVOS

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Diseñar un circuito de control de un convertidor AC-AC monofásico (Control fase) que se alimente a 120V/60Hz para controlar el ángulo de disparo de un Triac, utilizando micro controlador.

Desarrollar el software de programación en lenguaje asembler, cumpliendo con:

Angulo de disparo 0 a 180 grados.Carga resistiva Bombilla de 100 w.El Microcontrolador será PIC16F87.Simularse con Proteus.

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CONVERTIDORES AC-AC

Introducción.

En muchas aplicaciones se necesita disponer de potencia eléctrica de frecuencia, fija o variable, pero distinta característica que la suministrada por el generador que se dispone. Por tanto deberemos colocar un dispositivo entre la red eléctrica y la carga de forma que se transforme la energía eléctrica cambiando su frecuencia según sea necesario. A los convertidores directos de corriente alterna en corriente alterna de distinta frecuencia se les conoce como cicloconvertidores. Estos sistemas seráncapaces de proporcionar una corriente alterna mono o polifásica de amplitud y frecuencia regulables, a partir de un generador de c.a. La misma función que realiza el cicloconversor, puede ser realizada mediante la conexión en cascada de un rectificador, controlado o no, y un inversor autónomo, pero al ser la potencia transformada por dos conversores, el rendimiento en casos de potencias elevadas será menor. En este tipo de configuración se utiliza un estado intermedio, de unión entre el rectificador y el inversor. Dicho elemento de unión, conocido como “dc link o dc bus” consiste en un condensador o un inductor para almacenar la diferencia instantánea entre la potencia de entrada y la de salida. A este conversor ac-ac con dc-link, sele conoce como “dc link converter”.

La principal aplicación de los cicloconvertidores se da en el control a baja velocidad de grandes motores de c.a., donde es preciso variar la amplitud de la tensión proporcionalmente a la frecuencia. Una ventaja importante de los cicloconversores, reside en su funcionamiento con bloqueo de sus tiristores de forma natural y su carácter reversible, haciendo posible que con cargas regenerativas puedan absorberpotencia de la carga y entregarla a la entrada. Su funcionamiento con conmutación natural implica que la entrada en conducción de un tiristor debe provocar automáticamente el bloqueo del que ha entrado en conducción anteriormente. Si se está en el semiciclo positivo de corriente, este bloqueo natural exige que el voltaje que se conecta sea, en el momento de la conexión, más positivo o menos negativo que elvoltaje antes conectado. Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo, los tiristores que entran sucesivamente en conducción son los del rectificador negativo. Para que al entrar en conducción uno cualquiera se bloquee el que antes estaba en conducción es necesario que la nueva tensión que se conecta sea más negativa o menos positiva.En cuanto a sus limitaciones, destacar que la frecuencia que pueden suministrar en la salida es aproximadamente inferior en un tercio a la frecuencia de la entrada, si se desea un bajo contenido armónico en la salida.

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CONEXIÓN DE UN TRIAC A UN CIRCUITO ELECTRICO DE 120 VOLTIOS

En el siguiente esquema se muestra la unión del circuito electrónico y el circuito eléctrico de 120 V mediante un Triac, para evitar posibles fugas de carga eléctrica de un circuito a otro se utiliza un opto acoplador MOC3041M, este componente funciona como un elemento que aísla a los dos circuitos.

En este circuito se ha construido un circuito electrónico de prueba (a la izquierda) que se encarga de enviar un voltaje de 5V a la entrada del opto acoplador, al accionar el interruptor del circuito se enciende la lámpara (a la derecha) de 120V.

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Modificando el circuito anterior colocando la carga es decir la lámpara en serie con el Triac, se hacen las pruebas de modificación de la onda enviando un pulso electrónico mediante un pulsador digital, que es el comportamiento que deberá imitar el micro controlador Pic16f87.

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Esta es la onda digital enviada por el pulsador. Se ha calibrado para que genere una señal con una frecuencia de 120 Hz

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La

razón por la cual se calibra el pulsador con 120 Hz, es porque se necesita tomar dos trozos de la onda sinusoidal y esta tiene una frecuencia de 60 Hz, es decir cada ciclo de la onda AC dura 1/60 segundos, y está formado por dos pulsos, uno positivo y otro negativo. Para tomar un trozo de cada pulso AC es necesario truncarlo cada 1/120 segundos, pero todo esto depende del primer pulso que reciba el Triac.

En este caso, vemos que la onda AC ha perdido el pulso negativo, y todo tiene lógica en vista de que no existe una sincronización adecuada para el envío del primer pulso digital.

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SEÑALES:

MICROCONTROLADOR PIC16F87

1. Los modelos de 40 pines disponen de 5 Puertos de E/S: A, B, C, D y E, mientras que los de 28 solo tienen 3 Puertos: A, B y C.2. Los modelos de 40 pines tienen 8 canales de entrada al Conversor A/D, mientras que los de 28 solo tienen 5 canales.3. Sólo poseen la Puerta Paralela Esclava los PIC 16F87X de 40 pines.

Encapsulado DIP, SOIC de 28 pines.

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Encapsulado PDIP de 40 pines.

Los PIC 16F87XBajo el nombre de esta subfamilia de microcontroladores, actualmente encontramos cuatro modelos: EL PIC 16F873/4/6 y 7. Estos microcontroladores disponen de una memoria de programa FLASH de 4 a 8 KBytes de 14 bits, considerablemente superior frente al PIC 16F84 en el que solo disponíamos de l Kbyte de 14 bits.Esta característica, junto con la posibilidad de realizar, con las herramientas adecuadas, un debugger en circuito, nos han parecido de lo más interesante para el aprendizaje de esta familia de microcontroladores y posterior desarrollo de proyectos.De los microcontroladores indicados, el 16F873 y el 16FS76 son de 28 pines, mientras que 16F874 y el 16F877 tienen 40 patillas, lo que les permite disponer de hasta 33 líneas de E/S. En su arquitecturaademás incorporan:✦ Varios Timer✦ USART✦ Bus 12C

Descripción global del dispositivoLa familia consta de cuatro dispositivos (PIC16F873, PIC16F874, PIC16F876 y PIC16F877). Los PIC16F876/873 entran en el bloque de dispositivos encapsulados en 28 pines y los PIC 16F877/874 entran en el bloque de dispositivos encapsulados en 40 pines. Los dispositivos de 28 pines no tienen implementado el puerto paralelo esclavo.

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DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS

-Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits -Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede Incrementarse en modo sleep de forma externa por un cristal/clock. -Timer2: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler y postscaler.

Dos módulos de Captura, Comparación, PWM (Modulación de Ancho de Pulsos.

Conversor A/D de 1 0 bits. Puerto Serie Síncrono Master (MSSP) con SPI e I2C (Master/Slave). USART/SCI (Universal Syncheronus Asynchronous Receiver Transmitter) con 9 bit

Control de potencia AC por Angulo de Fase usando micro controlador PIC 16f87

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

VDD R410k

R510k

Aumenta Angulo

Disminuye Angulo

D2LED-RED

1

2

6

4

U1

MOC3021

L1

120V

FASE

NEUTRO

AC 120V

U3Q4015L5

R8220

R9

220

C1

1nF

C2

1nF

X1CRYSTAL

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AC OUT

TBLOCK-I2

CX0

Este es el algoritmo que trabajaríamos:

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1. Detección de cruce por cero.2. Angulo de disparo.3. Activación salida para el triac.

El Angulo de disparo lo podemos calcular mediante una regla de tres conociendo de antemano que:

Cada 8.33ms hay un cruce por cero cuando la frecuencia es 60hz en AC

Si para 180° el tiempo es de 8.33ms entonces:

180° → 8.33ms45° → ? → (45° * 8.33ms)/180° = 2.08ms

Entonces para cada Angulo el tiempo de disparo debe ser de 0.046ms o 46usen base a esto tomo las medidas de tiempo.

Programa en Assembler

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Este es el resultado del programa ejecutado

;********************************************************************************;POR: ________ SIMACS;PROGRAMA: ________ ANGEL MARTINEZ;FECHA: ________ Octubre /14/2012;SIMULACION: ________ SI;MONTAJE: ________ CIRCUITO CONTROL;PARA: ________ ELECTRONICA;********************************************************************************;Este programa controla el disparo de una salida cuando hay un cruce por cero ;las salida es RB1 , el cruce por cero es detectado y se inicia la activacion;de la salida segun sea el angulo de disparo ;interrupcion en RB0 calculos para 60hz list p=16F87 include "p16F87.inc";********************************************************************************;El registro de opciones del microcontrolador "option";********************************************************************************#define _PS0 OPTION_REG,0 ;Bit 0 de seleccion del preescaler#define _PS1 OPTION_REG,1 ;Bit 1 de seleccion del preescaler#define _PS2 OPTION_REG,2 ;Bit 2 de seleccion del preescaler#define _PSA OPTION_REG,3 ;Asignacion del preescaler a TMR0 o WDT#define _T0SE OPTION_REG,4 ;Seleccion de tipo de flanco para TMR0#define _T0CS OPTION_REG,5 ;Seleccion de tipo de reloj para el TMR0#define _INTEDG OPTION_REG,6 ;Seleccion de flanco de la interrupcion INT#define _RBPU OPTION_REG,7 ;Actibacion de cargas pull-up para puerta B;********************************************************************************;Registro de control de interrupciones del microcontrolador "INTCON";********************************************************************************#define _RBIF INTCON,0 ;Flag de interrupcion de la puerta B#define _INTF INTCON,1 ;Flag de interrupcion externa INT#define _T0IF INTCON,2 ;Flag de interrupcion del TMR0#define _RBIE INTCON,3 ;Habilitacion de interrupcion de la puerta B#define _INTE INTCON,4 ;Habilitacion de la interrupcion externa INT#define _T0IE INTCON,5 ;Habilitacion de interrupcion del TMR0#define _EEIE INTCON,6 ;Habilitacion de interrupcion de la EEPROM#define _GIE INTCON,7 ;Habilitacion global de interrupciones;********************************************************************************;El registro de estado del microcontrolador "STATUS";********************************************************************************#define _C STATUS,0 ;Flag de acarreo#define _DC STATUS,1 ;Flag de acarreo decimal#define _Z STATUS,2 ;Flag Z (a "1" si resultado=0)#define _PD STATUS,3 ;Flag de "power down"#define _TO STATUS,4 ;Flag de "WDT Timer Out"#define _RP0 STATUS,5 ;Bit 0 selector de pagina #define _RP1 STATUS,6 ;Bit 1 selector de pagina#define _IRP STATUS,7 ;Seleccion de bancos (direcionado indirecto);******************************************************************************** ORG 0 GOTO INICIO org 4

GOTO INTER;**************************************************************************INTER BTFSS _INTF ;Verifica interrupcion

GOTO NO_HAY

ACTIV_TRIAC movf Angf,0 ;carga el Angulo de fase seleccionado en WCALL R_1uS ;Retardo pra esperar el AnguloBSF PORTB,1 ;ACTIVA TRIAC durante 1us

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movlw d'2'CALL R_1uSBCF PORTB,1

NO_HAYBCF _INTF ;restaura para la interrupcionRETFIE

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

BEEP BSF PORTA,2 ;beepmovlw D'2'CALL R_50mSBCF PORTA,2

movlw D'2'CALL R_50mSRETURN

;:::::::::::::::::::::::::::AQUI SE COLOCAN LOS VALORES DE LA::::::::::::::::::;*************************** REGISTROS PROPIOS ********************************

CBLOCK 0x0CCONRET ;ContadorAngf ;Angulo de Disparoloops ;contador Aux 1 para temporizador loops2 ;contador Aux 2 para temporizador

ENDC;//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ;///////////////// ESTE RETARDO DE 50ms ////////;TMR0=255-Temporizacion/((4/Fcristal)xDIVISOR);DIVISOR=2,4,8,16,32,64,128 y 256;////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

R_50mS MOVWF CONRET ;CICLO BCF INTCON,2 MOVLW D'60' ;

MOVWF TMR0 ;EXPLO BTFSS INTCON,2 ;

GOTO EXPLO ; DECFSZ CONRET,F ; GOTO CICLO

;BCF INTCON,2 ;RETURN ;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;R_uS movwf loops ;de microsegundos del retardotop1 movlw D'5' ;Para retardo de 40us Aprox movwf loops2 ;top2 nop

nopnopnop

decfsz loops2,1 ;pregunta si termino 1uS goto top2 decfsz loops,1 ;pregunta si termina el retardo goto top1 RETURN;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;INICIO BSF _RP0 ;se ubica en el segundo banco de RAM movlw b'00000011' ;se carga el registro W con 0f

movwf TRISA ;se programan los pines del puerto A segun circuitomovlw b'00000001' ;se carga el registro W con 00

movwf TRISB ;se programan los pines del puerto B segun circuito movlw b'10000111' ;en el registro OPTION se programa preescala en 256

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movwf OPTION_REG ;para el TMRO y el flanco de bajada para el pin INT BCF _RP0 ;se ubica en el primer banco de memoria RAM

movlw b'10010000' ;en el registro INTCON se habilitan las interrupciones movwf INTCON ;(GIE) y la interrupción por el pin INTclrf PORTBclrf PORTAmovlw d'90' ;Angulo predeterminado de iniciomovwf Angf

;******************************************************************************Angulo ;seleccino el angulo de disparo de la señal

call Act_INT_UP

btfss PORTA,0goto _DWcall Des_INTmovlw d'2' ;retardo anti_rebote de 100mscall R_50mS btfss PORTA,0 ;verifica Pulsogoto Angulo

sue_up btfsc PORTA,0goto sue_upmovlw D'180'SUBWF Angf,WBTFSC _Z ;Pregunta Si es elangulo es igual a 180°goto AnguloINCF Angf,1call BEEPgoto Angulo

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;_DW btfss PORTA,1

goto _UPcall Des_INTmovlw d'2' ;retardo anti_rebote de 100mscall R_50mS

btfss PORTA,1 ;verifica Pulsogoto Angulo

sue_dw btfsc PORTA,1goto sue_dwmovlw D'1'SUBWF Angf,WBTFSC _Z ;Pregunta Si es elangulo es igual a 180°goto AnguloDECF Angf,1call BEEPgoto Angulo

;******************************************************************************Act_INT

movlw b'10010000' ;en el registro INTCON se habilitan las interupciones movwf INTCON ;por el pin INTreturn

Des_INTmovlw b'10000000' ;en el registro INTCON se Deshabilitan las interrupciones movwf INTCON ;por el pin INTreturn

;****************************************************************************** END

BIBLIOGRAFIA

1

Modulo curso Electrónica Industrial. Bogotá. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 2009

Guía de trabajo colaborativo n° 1 Electrónica Industrial.