“UNIVERSI “UNIVERSIDAD DAD PÚBLICA PÚBLICA Y AUTONOMA AUTONOMA DE DE EL ALTO ALTO
DIGITAL POWER CONTROL V3.0 El sist sistem emaa desa desarr rrol olla lado do es un cont contro rola lador dor de volta voltaje je AC por por modul modulac ació ión n en fase, fase, basad basado o en el microc microcont ontrol rolador ador PIC16F PIC16F88. 88. El funcion funcionami amient ento o básica básicament mentee consist consistee en dispar disparar ar el gate de un un tria triacc de potenc potencia, ia, tomand tomando o como como refere referenci nciaa el cruze cruze por por cero cero que que se da en una señal señal alte altern rna; a; este este pro proce ceso so varia varia el el porc porcen enta taje je del del cicl ciclo o útil útil que que lleg llegaa a la salid salida, a, ocasi ocasiona onando ndo una una regula regulació ción n consta constante nte sobre sobre la potenc potencia ia sumini suministr strada ada a la carga. carga. La variac variación ión de potenc potencia ia se lo realiz realizaa median mediante te una entr entrada ada analóg analógica ica de 0-10V 0-10V que pued puedee proven provenir ir de de un PLC PLC o media mediante nte un potenc potencióm iómetr etro o de regulac regulación ión que simu simula la la la variac variación ión en la entrad entrada. a. El siste sistema ma se alimen alimenta ta directamen directamente te con con 220 220 Vac y maneja potencias potencias de hasta hasta 1 KW.
LISTA DE COMPONENTES Todos los dispositivos electrónicos electrónicos y costo estimado del prototipo se encuentran detallado en la tabla 1.1. componentes, s, Digital Power Power Control versión versión 3.0. Tabla 1.1. Costo total y lista de componente
DESCRIPCIÓN
VALOR
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO (Bs.)
COSTO EN Bs.
R1 R2, R3, R9, R10, R11, R12, R13
100 Ω / 0,25 W
1
0,25
0 ,25
10 kΩ / 0,25 W
7
0,25
1 ,75
R4
100 kΩ / 0,25 W
1
0,25
0 ,25
RV1, RV2
5 kΩ
2
3,00
6 ,00
5 kΩ
1
2,00
2 ,00
POT1 C1 , C 4
2200 uF / 25V
2
3,00
6 ,00
C2 , C 7
330 nF/ 50V
2
1,00
2 ,00
C3, C8, C9
100 nF/ 50V
3
1,00
3,00
C5
2,2 uF / 25V
1
1,00
1 ,00
C 6 , C 12
1 uF / 25V
2
1,00
2 ,00
C1 0
10 nF/ 630V
1
3,00
3 ,00
C1 1
47 nF/ 630V
1
4,00
4 ,00
C13, C14 D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7
22 pF/ 50V
2
0,50
1 ,00
1N4007 / 1A
7
0,25
1,75
DZ1, DZ2
5,1 V / 0,5 W
2
1,50
3 ,00
uControlador-U6
PIC16F88
1
25,00
25,00
Zocalo
19 Pines
1
1,00
1 ,00
Xtal1
12 Mhz
1
5,00
5 ,00
1
“UNIVERSIDAD PÚBLICA Y AUTONOMA DE EL ALTO LCD1
16x2
1
50,00
50,00
Pulsador
2 pines
3
1,00
3,00
Peineta M-SW1
3 pines
1
3,00
3,00
Peineta H-LCD1
16 pines
1
3,00
3,00
U1
LM7810
1
4,00
4,00
U2
LM7910
1
4,00
4,00
U3
LM7805
1
4,00
4,00
U4, U8
TL082
2
3,50
7,00
U5
MOC3021
1
4,00
4,00
U6
BT139
1
7,00
7,00
U7
74LS164
1
4,00
4,00
Borne X2
2 terminales
3
2,00
6,00
Heat-Sink
7 °C/W
1
5,00
5,00
TR1
12 VAC / 500 mA
1
25,00
25,00
TR2
6VAC / 300 mA BETOX – 2015, V1.0
1
18,00
18,00
1
0,00
0,00
Circuito Impreso
SUBTOTAL
215,00
Fuente: Elaboración propia.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Los triacs son switchs que conmutan a gran velocidad, conduciendo o bloqueando el paso de corriente, de esta manera se regula la potencia suministrada a la carga mediante una técnica llamada modulación en fase. La señal de AC entra por el pin RB0, para aprovechar una de las características importantes que tienen los microcontroladores, la interrupción externa por pin RB0. De esta manera cada vez que la señal cruce por cero, el programa entrara en interrupción, ya sea con flanco de subida o con flanco de bajada. Los PIC 16F877A, 16F871, 16F870, 16F84, 16F628, poseen el módulo de interrupción externa por pin RB0, para otros modelos de microcontrolador revise la hoja de datos. Es difícil explicar el funcionamiento de este sistema, pero voy a tratar de hacerlo:
1. Partamos de que el triac es un dispositivo que permite pasar o bloquear la corriente entre los terminales MT1 y MT2.
2. Cuando generamos un pulso en el GATE el triac se cierra y deja pasar corriente entre sus terminales, siempre y cuando el voltaje entre los terminales MT1 y MT2 sea distinto de cero.
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3. Cuando la corriente alterna cruza por cero el triac se bloqueara y para activarlo nuevamente será necesario imprimir otro pulso en el pin GATE.
4. La modulación por ancho de pulso consiste en retrasar el tiempo que transcurre entre la detección de cruce por cero y el flanco de subida del pulso que dispara el triac, es decir se varía el ciclo útil que llega a la carga. Observe en la figura 1.1 y 1.2 como vamos atrasando el pulso de disparo cada vez que la corriente cruza por cero, es así como vamos dosificando más o menos potencia en la carga:
Figura 1.1. Disparo del gate por modulación en fase.
Fuente: Elaboración propia.
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“UNIVERSIDAD PÚBLICA Y AUTONOMA DE EL ALTO Figura 1.2. Disparo del gate a diferentes porcentajes
Fuente: Elaboración propia. Es necesario detectar el momento en que la señal de corriente alterna cruza por cero para saber cuándo generar el pulso que dispara al TRIAC. El microcontrolador PIC entrara en interrupción justo en los momentos en que ocurre un flanco de bajada o un flanco de subida de la señal de corriente alterna en el pin RB0. Cada vez que el microcontrolador cae en interrupción externa por pin RB0, ya sea con flanc o de subida o con flanco de bajada, se debe iniciar un retardo antes del disparo; Para ello, deberemos cargar un valor al TMR0 y esperar hasta que se desborde, luego de desbordarse se procede a generar los pulsos que disparan a los TRIACS. El valor a cargar en TMR0 varía entre 0 y 255 y se incrementa o decrementa cada vez que variamos la entrada analógica de 0 a 10V en el prototipo. El TMR0 se desbordara entre un tiempo mínimo de 0 y un máximo de 10ms.
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NOTAS:
La resistencia del optotriac RV1 debe ser fijado a un valor de 330 Ohm. Este controlador de voltaje AC por modulación en fase puede ser utilizado con cargas resistivas e inductivas como transformadores, motores, calefactores etc.
La potencia máxima que puede disipar es de 1000 Watts, previamente instalado un disipador de calor (heat sink) de al menos 7 (°C/W) en el triac.
Para la primera prueba del prototipo es aconsejable conectar la carga a un foco incandescente de 100W y poner SW1 en simulación (SIM) para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
Para cargas superiores a 200 W se debe colocar un disipador de calor tipo estrella para TO-220 al triac.
Para la conexión de la carga, el sistema en su principio más básico es un contacto normalmente abierto (NA) cuyo borne de salida es NA.
Para obtener referencias más amplias sobre el diseño del hardware y software del sistema, se debe consultar por el informe de proyecto de grado del autor o escribir al email:
[email protected].
Para descargar el firmware del sistema (.hex) diríjase al siguiente link:
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CIRCUITOS ELECTRÓNICOS Figura 1.3. Fuente de tensión.
Fuente: Diseño propio.
Figura 1.4. Acondicionamiento de cruze por cero.
Fuente: Diseño propio.
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“UNIVERSIDAD PÚBLICA Y AUTONOMA DE EL ALTO Figura 1.5. Relé estático.
Fuente: Diseño propio.
Figura 1.6. Circuito de control.
Fuente: Diseño propio.
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