TRABAJO COLABORATIVO FINAL DE ELECTRONICA INDUSTRIAL.pdf

7/27/2019 TRABAJO COLABORATIVO FINAL DE ELECTRONICA INDUSTRIAL.pdf

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TRABAJO COLABORATIVO 2 DE:

ELECTRONICA INDUSTRIAL

PRESENTADO POR:

Pedro parra Ricardo

Cdigo: 92025970

CODIGO DEL CURSO

299019_22

Tutor: JIMMY RAUL ROCHA

Ing. Industrial

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

CENTRO DE ESTUDIOS A DISTANCIA (CEAD)

MAYO / 2012


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INTRODUCCION

El desarrollo de la tecnologa ha permitido que mediante el uso de micro controladores y

micro procesadores, se pueda ejercer control sobre grandes maquinas y enormes motores

con pequeos dispositivos que agilizan y mejoran el rendimiento de los mismos.

El curso electrnica industrial permite que el estudiante conozca las diferentes formas y

los diferentes componentes empleados para la industrializacin y automatizacin de

diferentes maquinas las cuales pueden ser manejadas mediante pequeas cajas de control.

Por otra parte mediante este trabajo implementaremos el uso y programacin de PICs para

el control de disparo de los IGBT en el encendido de una bombilla.


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OBJETIVOS

Identificar los diferentes componentes empleados en la electrnica de potencia. Analizar las diferentes aplicaciones del micro controladores. Obtener la simulacin por medio del programa PROTEUS del circuito inversor de

potencia mediante IGBT. Conocer los diferentes puntos de vista de los compaeros respecto al tema. Manejar una nueva herramienta que nos permite la simulacin de circuitos electrnicos.


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DESARROLLO

PRINCIPIO DE DISEO DE UN CONVERTIDOR DC-AC MONOFASICOBASADO EN IGBT

Las caractersticas de conduccin del IGBT son similares a las de los BJT, esto quieredecir que necesita de una seal continua en el terminal de control para el encendido. As

que para que el IGBT se mantenga encendido durante el tiempo Ton se requiereobligatoriamente que durante ese mismo tiempo se est aplicando una seal de amplitud

apropiada en el terminal de control. El encendido y apagado del dispositivo se puede

controlar en cualquier momento desde el terminal de compuerta. La tensin de control de

puerta es de unos 15 V .el IGBT entra en saturacin y prcticamente el colector y elemisor quedan en cortocircuito quedando conectada la fuente de energa a la resistencia de

carga y por lo tanto el voltaje de salida es el mismo.

Los circuitos convertidores DC-AC se encargan de generar una seal alterna (AC) apartir de una fuente de corriente continua (DC). Dados los requerimientos de la gua

debemos disear un convertidor DC-AC monofsico basado en IGBT, lo que nos indica

que la seal alterna (AC) que se debera generar tendr un valor de 120 V a unafrecuencia de 60 Hz. La fuente (DC) a partir de la cual se genera la seal ser de120V.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es utilizadopara interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada. Para nuestro caso

particular, la funcin del oscilador la cumplir el micro controlador PIC16F87, el cualdebe ir conectado al terminal de compuerta. Esta onda cuadrada alimenta a un

transformador que suaviza su forma, hacindola parecer un poco ms una onda senoidal y

produciendo el voltaje de salida necesario. Nuestra onda senoidal deber encender una

bombilla de 100W (carga).

Para la implementacin del inversor monofsico utilizaremos la configuracin de mediopuente o push pull ya que enaplicaciones monofsicas este inversor es el circuito porexcelencia y nuestro circuito estar alimentado por 120V DC, un valor considerablemente

mayor a 6V con el que se tendra un rendimiento deficiente.

De esta forma conectaremos 4 transistores (4 IGBTs) alimentados por una fuente de

tensin continua de 120V y controlados a travs de un micro controlador PIC16F87conectado a sus compuertas. Si utilizamos un solo transistor, solo obtendremos

conduccin durante un semiciclo de la seal de control. Con esta configuracin tenemos

conduccin en forma diagonal con dos IGBTs conduciendo al mismo tiempo durante un

semiciclo y luego los otros dos durante el semiciclo siguiente.


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PROPUESTA 1

INVERSOR DC/AC MONOFASICO

Para implementar el circuito de este inversor DC/AC requerimos de un microcontroladores el cual es el PIC16F87 de MICROCHIP el cual es de la gama media con

una memoria de programa FLASH de 7168 Bytes y memoria de datos SRAM de 368

Bytes y una EEPROM de 256 Bytes, alimentacin de 4 a 6 VDC con 18 pines y 16 de

entrada y salida.

Tambin de un circuito oscilador de pulsos de entrada para el PIC16F87 el cual lo

implementamos con un cristal oscilador de 32KHz con 2 condensadores conectados entre

sus bornes y tierra, para que el PIC16F87 tenga un Ciclo de Maquina de 125sg.

La entrada posee una resistencia de PULL UP de 10 K.

La salida del PIC16F87 la cual debe controlar un puente en IGBT para cortar la

conversin de la tensin DC a AC de la fuente de tensin la cual va a ser de 120VCA a 60

Hz para controlar la luminosidad de una lmpara de 100W, el IGBT a controlar es el cual

por sus caractersticas de .

Ahora para que el PIC16F87 dispare los IGBTs para obtener una onda cuasi cuadra para

eliminar los armnicos de baja frecuencia, vamos a implementar un tiempo de retardo por

software dependiendo del ngulo de corte y conduccin de los tiristores IGBTs de la cuasi

cuadrada de la tensin, como tenemos ngulos de corte de 18.91 y 143.1572, vamos a

implementar retardos en ciclos de mquina y convertirlos en binario para que en un ciclo

de retardo lo decremente hasta completar el tiempo que necesitamos para que conduzca el

IGBT y otro ciclo de retardo para que no conduzca el IGBT y as obtener cada

semiperiodo de la onda cuasi cuadrada a 60 Hz con corte.

Como ya sabemos que el PIC16F87 trabaja por Ciclo de Maquina a 125sg y como a

60Hz tenemos un periodo de 16.6666ms y un semiperiodo a 8.333333333ms, ahora vamos

a obtener el tiempo en el cual va cortar la onda cuasi cuadrada en cada semiperiodo o

radianes.

Para 18,91 grados tenemos: 875sg18.91*8.333

18.9 875180

msgs s s

Para 143.1572 tenemos: 6625s143.1572 *8.333

143.15 6625180

msgs s s


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Ahora para conocer cuntos ciclos maquina debe realizar el PIC16F87 vamos a pasar este

tiempo de corte de la onda senoidal a ciclos maquina veamos cmo queda:

Para 18,91 grados , tenemos 875sg y 7 Ciclos maquina y Bit (00000111)1*875

7125

sgCm Cm

sg

Para 143.75 grados , tenemos 6625s y 53 Ciclos maquina y Bit (00111011)1* 6625

53125

sgCm Cm

sg

Con estos valores podemos enviar un retardo por Software a cada salida designada para el

inversor de con modulacin de onda cuasi cuadrada, ahora procederemos a realizar el

cdigo en assembler utilizando el compilador de MICROCHIP el MPLAB y despus

simularemos nuestro circuito en PROTEUS.

;************************************************************************

******

; *

; Filename: dimmer.asm *

; Date: 10 de mayo del 2012 *

; File Version: *

; *

; Author: * Pedro Justo Parra

; Company: UNAD *

; *

;************************************************************************

******

; *

; Files Required: P16F87.INC *

; *


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;************************************************************************

******

; *

; Features of the 16F87: *

; *

; 1 10-bit PWM *

; 8 MHz Internal Oscillator *

; ICD support *

; 256 bytes of EEPROM data memory *

; Capture/Compare Module *

; *

;************************************************************************

******

CONVERTIDOR DC/AC ALIMENTACION 120V A 60 HZ

TITLE"INVERSOR CON PIC16F87"

LIST p=16F87

#INCLUDE

__CONFIG _CONFIG1, _CP_OFF & _CCP1_RB0 & _DEBUG_OFF &

_WRT_PROTECT_OFF & _CPD_OFF & _LVP_OFF & _BODEN_OFF & _MCLR_ON

& _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _INTRC_IO

__CONFIG _CONFIG2, _IESO_OFF & _FCMEN_OFF

#DEFINE ENTRA1 PORTA,0 ; LA ENTRADA 1 SERA EL

PUERTO A BIT 0

#DEFINE SALI1 PORTB,1 ; LA SALIDAD 1 SERA EL PUERTO

B BIT 1


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#DEFINE SALI2 PORTB,2 ; LA SALIDAD 2 SERA EL PUERTO

B BIT 1

;-----------------------------------------------------------------------

#DEFINE BANK0 BCF STATUS, 5 ; SE DEFIENE EL

BANKO 0

#DEFINE BANK1 BSF STATUS, 5 ; SE DEFIENE EL

BANKO 1

;-----------------------------------------------------------------------

;DEFINICION DE REGISTROS DE PROPOSITO GENERAL PARA ESTE

PROGRAMA CONVERSOR AC/AC DIMMER

;---------------------------------------------------------------------------

VALOR1 EQU 20H ; SE DEFINE ESTE REGISTRO

TEMPORAL PARA EL ; VALOR DE

TENSION A 18.91 GRADOS



TENSION A 143.16 GRADOS



TESION A 178.27 GRADOS

TRISA EQU 85H ; SE DEFINE COMO REGISTRO ESPECIAL

TRIS A

TRISB EQU 86H ; SE DEFINE COMO REGISTRO ESPECIAL

TRIS B

;------------------------------------------------------------------------------

; PROGRAMA DE INICIO

;------------------------------------------------------------------------------


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ORG 00H

;--------------------------------------------------------------------------------

; CONFIGURACION DE PUERTOS

;--------------------------------------------------------------------------------

BSF STATUS,5 ;DEFINE EN EL BANKO 1

BSF TRISA,0 ;ESTOS PUERTOS SE CODIFICAN COMO

ENTRADA

MOVLW B'00000000' ; EL PUERTO B SE CODIFICA COMO

SALIDA

MOVWF TRISB ; SE CODIFICAN LOS PUERTOS B EN

SALIDA

BANK0

;-----------------------------------------------------------------------------------

INICIO CLRF PORTB ; BORRAR EL PUERTO DE SALIDA

CLRF PORTA ; BORRA EL PUERTO DE

ENTRADA

MOVLW B'00000111' ; TIEMPO DE RETARDO PARA

18.91 GRADOS ;DE ONDA

CUADRADA

MOVWF VALOR1 ; ES PASADO EL TIEMPO DE

RETARDO AL ; REGISTRO

TEMPORAL VALOR1


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MOVLW B'00110101' ; TOMAMOS EL TIEMPO DE

RETARDO PARA ; LA ONDA

CUADRADA EN 143.16 GRADOS

MOVWF VALOR2 ; SE PASA EL VALOR DE

RETARDO DE ; CORTE DE143.16 GRADOS A EL ;

R.TEMPORAL VALOR2

MOVLW B'01000010' ; TIEMPO DE RETARDO PARA LA

ONDA EN ;178.27 GRADOS

MOVWF VALOR3 ; SE PASA EL TIEMPO DE

RATARDO PARA ;178.27

GRADOS A EL REGIS TEMPORAL

;VALOR3

UNO BTFSSENTRA1 ; COMPRUEBA EL PUERTO RA0 Y

SI ES 1 ; SALTA A LA

SIGUIENTE LINEA

GOTO INICIO ; SALTA A LA SIGUIENTE LINEA

BCF SALI1 ; PONE EN 0 LA SALIDA PUERTO

B1

DECFSZ VALOR1 ; SE DECREMENTA EL VALOR1

HASTA QUE ; LLEGUE A

CERO Y SALTA

GOTO $-1 ; SE DEVUEVE 1 PARA SEGUIR

; DECREMENTANDO

EL VALOR

BSF SALI1 ; PONE EN 1 LA SALIDA B1

DECFSZ VALOR2 ; DECREMENTA EL VALOR EN

143.16 ; GRADOS

GOTO $-1 ; SALTA ARRIBA PARA SEGUIR

;

DECREMENTANDO


B1


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DECFSZ VALOR1 ;SE DECREMENTA EL VALOR1


CERO Y SALTA


; DECREMENTANDOEL VALOR


B2

DECFSZ VALOR1 ;SE DECREMENTA EL VALOR1


CERO Y SALTA


; DECREMENTANDOEL VALOR

BSF SALI2 ; PONE EN 1 LA SALIDA B2

DECFSZ VALOR2 ; DECREMENTA EL VALOR EN

143.16 ;GRADOS

GOTO $-1 ; SALTA ARRIBA PARA SEGUIR

;DECREMENTANDO

BCF SALI2 ;PONE EN 0 LA SALIDA PUERTO

B2

DECFSZ VALOR1 ; SE DECREMENTA EL VALOR1

HASTA ; QUE LLEGUE A

CERO Y SALTA


; DECREMENTANDO

EL VALOR

GOTO UNO ;SALTA A LA ETIQUETA UNO

PARA SEGUIR ; CON EL CICLO DE

LA CARGA

END


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Aqu tenemos el programa creado para empezar a simular en PROTEUS.


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PROPUESTA 2

CONVERTIDOR DC-AC MONOFSICO (INVERSOR)

Una solucin para manipular la frecuencia del inversor (0 a 1KHz), es a travs de unpotencimetro colocado en una entrada anloga del PIC, el cual varia la frecuencia de lasseales de control para los IGBTs del puente inversor monofsico. El programa enassembler que realiza la conversin A/D de la seal entregada por el potencimetro y laposterior generacin de las seales de control para el puente inversor se muestra acontinuacin:

list p=16f877#include

#define BANCO0 bcf STATUS,RP0#define BANCO1 bsf STATUS,RP0

;----------------------------------------------------------------; PRINCIPAL;----------------------------------------------------------------

org 00hgoto INICIO

org 04Hbtfsc INTCON,T0IFgoto TIEMPO

goto SALIRTIEMPO bsf ADCON0,GO_DONE ;Inicia la conversion A/DATRAS btfsc ADCON0,GO_DONE ;Ha finalizado la conversion?

goto ATRASmovf ADRESH,W ;Cargue en W,los 8-MSB obtenidos de la

conversionmovwf TMR0 ;Visualizacioncomf PORTB,0comf PORTB,1

SALIR bcf INTCON,T0IFbcf INTCON,INTF

retfie

INICIO BANCO1clrf PORTB ;Ajusta el puerto B como salidabsf PORTA,0movlw b'00001110'movwf ADCON1 ;Ajusta RA0 en modo anlogo y justifica a

izquierda


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movlw b'11000111'movwf OPTION_REGmovlw b'10110000'movwf INTCON

BANCO0movlw b'01000001'movwf ADCON0 ;Muestreo a 1/8 fosc, ent anloga(RA0) y

habilitac. A/D.bsf PORTB,0bcf PORTB,1clrf TMR0

ATRAS2 movlw 0goto ATRAS2end

La simulacin realizada en el Software Proteus para las seales de control de los IGBTsdel puente inversor monofsico se muestra a continuacin:

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN4/SS7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP216

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25RC5/SDO24

RC4/SDI/SDA23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877

31%

RV1

1k

A

B

C

D

R1

1k

Q1IRG4BC20S

Q3IRG4BC20S

Q2IRG4BC20S

Q4IRG4BC20S


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Cabe mencionar que se utiliz el PIC16F877, ya que tiene el modulo conversor A/D.


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CONCLUSIONES

En este trabajo se logr identificar de una forma prctica los principales componentes

empleados para un circuito de control en la electrnica de potencia.

Mediante el uso del PROTEUS, un programa que permite hacer simulaciones se logro

conocer y visualizar las diferentes caractersticas, que posee un circuito de control.

Adems se analiz la aplicacin de los PICs en la electrnica de potencia, por otra parte se

obtuvieron las herramientas necesarias que permitieron el desarrollo de este tema.

La falta de experiencia en programacin nos hace equivocarnos y nos brinda la

oportunidad de aprender de los errores cometidos.


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BIBLIOGRAFIA

es.wikipedia.org/wiki/Electrnica_de_potencia

www.emagister.com.co

www.forosdeelectronica.com/

www.abcdatos.com

www.forosdeelectronica.com

Modulo de Electrnica Industri al UNAD, Jorge Eduardo Quintero Muoz
http://www.emagister.com.co/http://www.emagister.com.co/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.abcdatos.com/http://www.abcdatos.com/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.abcdatos.com/http://www.forosdeelectronica.com/http://www.emagister.com.co/

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