Este documento presenta los resultados de un experimento para controlar la velocidad de un motor DC utilizando un controlador PWM. Los estudiantes construyeron un circuito PWM y observaron cómo variar la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de salida afectaba la velocidad del motor a través de mediciones con un osciloscopio. El experimento demostró con éxito que la velocidad del motor podía controlarse de manera efectiva utilizando la modulación PWM.

1. INSTITUTO TECNOLOGICO
DE LA PIEDAD.
Maquinas Eléctricas.
Ing. Rodolfo Guadalupe Hernández Rodríguez.
“REPORTE DE PRACTICA SOBRE CONTROLADOR
PWM”.
Erick Rodríguez Torres.
Miguel Alejandro Guzmán Méndez.
Luís Alejandro Calderón Cluti.
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2. Ing. Electrónica.
28 de abril de 2010.
INDICE.
I. Introducción (marco teórico)………………….2
II. Objetivo……………………………….…….......8
III. Material……………………………………….…8
IV. Desarrollo…………………………………......10
V. Resultados…………………..........................11
VI. Conclusión…………………………………….16
VII. Fuentes informativas……………………...…16
VIII. Anexos…………………………………………17
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3. INTRODUCCIÓN.
Acorde al temario, y como actualmente estamos estudiando en clase las
maquinas eléctricas llamados motores, mismos a los que no acontece el
presente reporte, sino a ver y comprobar lo visto en clase, sobre que es
posible controlar la velocidad de giro de un motor por medio de un
circuito. Aplicación que es de suma importancia y muy practica, pues no
siempre en las tareas o trabajos que involucren motores, se requerirá que
este gire continuamente y sin interrupciones, pues en mas de alguna
ocasión y por las necesidades especificas de la tarea a realizar sea
necesario que este giro sea cada determinado lapso de tiempo y por
determinado periodo. Es aquí donde se combina lo incluyente a maquinas
eléctricas y un poco de electrónica de potencia. La solución a los
requerimientos, o el nombre de la técnica utilizada para tales fines es
PWM.
La modulación por ancho de pulsos (MAP o PWM, siglas del inglés Pulse-
Width Modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se
modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una sinusoidal o una
cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal
de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una
carga.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte
positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:
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4. D es el ciclo de trabajo.
τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso).
T es el período de la función.
La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un
comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un
oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para
la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la
señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.
La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de
que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden
minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado
de la fuente de alimentación.
I) Parámetros importantes.
Algunos parámetros importantes de un PWM son:
• La relación de amplitudes entre la señal portadora y la
moduladora, siendo recomendable que la última no supere el valor
pico de la portadora y esté centrada en el valor medio de ésta.
• La relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la
relación entre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 10
a 1.
Si embargo cuando se utilizan servomotores hay que tener cuidado en las
marcas comerciales ya que hay ocasiones en que los valores varian entre 1ms y
2ms y estos valores propician errores.
II) Aplicaciones.
En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa
la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos
funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores,
controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes
ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de
integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor,
Maxim, y algunas otras más.
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5. III) En los motores.
La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la
velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos.
Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la
energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como
su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y
un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por
relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).
Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo
que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que
se pierde energía en forma de calor en esta resistencia.
Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de
duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos.
En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de
frecuencia.
La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar
servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso
enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta
información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o
un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A de la empresa Microchip).
IV) Como parte de un conversor ADC.
Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para
comunicarse de forma analógica con sistemas digitales.
Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuanto dura una onda
cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se
puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar
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6. si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de
0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin
embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una
puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC.
Para el tipo de circuito construido en esta practica lo que se trata es de
controlar la velocidad de giro del motor, pero específicamente debido a que se
controla el voltaje promedio de salida.
El cual se controla por la siguiente formula:
Otro aspecto importante es la resistencia efectiva de entrada, vista por la fuente
es:
S puede variar el ciclo de trabajo k, desde 0 hasta 1, si se varia t1, T, o bien f.
Por lo tanto al controlar k, se puede controlar el voltaje de salida Vo desde 0
hasta Vs, y se puede controlar el flujo de potencia.
1. Operación a frecuencia constante.
La frecuencia de pulsación f (o periodo de pulsación T), se mantiene
constante variando solo en el tiempo activo t1. El ancho de pulso se
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7. varia por lo que este tipo de controlador se conoce como PWM o
controlador de modulación por ancho de pulso.
2. Operación a frecuencia variable.
Varía la frecuencia de pulsación f. Ya sea el tiempo activo, ósea t1, o el
tiempo inactivo t2, se mantiene constante. Esto se conoce como
modulación por frecuencia. La frecuencia debe variar en un amplio
rango para obtener todo el rango de voltaje.
Existe otro tipo de control referente al PWM, que es la modulación de un solo
ancho de pulso.
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8. 8

9. OBJETIVO.
El objetivo para esta practica es comprobar como se puede
afectar la velocidad de un motor de DC, mediante la utilización
de un controlador PWM; por ende, también la realización y
armado de un controlador de este tipo para examinar su
funcionamiento y ver el comportamiento del motor en respuesta
a la señal de salida del controlador; observar el funcionamiento
del motor al ser excitado por la onda variable o de modulación
por ancho de pulso.
PRACTICA CON CONTROLADOR PWM.
MATERIAL.
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10. Osciloscopio (GW Instek GDS-1062). Multimetro (ONE plus).
Punta de osciloscopio. Punta caimán para generador de funciones.
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11. resistencias Protoboard
Capacitares Fuente de alimentación DC
Temporizadores 555 Potenciómetros de 250K
Claro esta que tambien se utilizaron pinzas, cable UTP, y emas utensilios
basicos por lo que no se mencionan, en el caso de los potenciometros se
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12. utilizaron de 250K aun y cuando el circuito mostrado mas adelante marcaba
que eran de 1M, pero al no tenerlos pues se implemento el diseño con estos.
DESARROLLO.
Para el desarrollo de la practica pues primeramente se armo el circuito
mostrado a continuación:
En el cual la entrada provenía de otro 555 implementado como clock de
frecuencia variable, para una muestra mas precisa a continuación se muestra la
simulación donde se puede apreciar a detalle las conexiones exactas para la
practica, se muestra en vertical para que quepa en el documento:
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13. Esquema:
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14. A continuación se muestran las conexiones, cabe aclarar que aun no
colocabamos los temporizadores, devido a que no sabiamos si estos estaban
quemados o no, fue hasta un dia después de la realización de la practica que
esta se concluyo pues tuvimos que colocar temporizadores 555 nuevos.
Conexiones:
Después de tener el circuito armado, se procedio a conectar el canal uno del
osciloscopio a la salida del primer clock, es decir se midio entre la pata numero
3 del primer 555 y tierra, esto para medir la señal que entraria al control PWM,
es decir la que se marca como IN en el primer esquema de esta parte.
Después el canal dos del osciloscopio se conecto a la salida del segundo 555,
es decir de igual forma, se midio entre la pata numero 3 y tierra. Después se
observaron las variaciones de la onda al cambiar los valores de los
potenciometros y se registraron las señales con ayuda del osciloscopio digital.
Cabe aclarar que la señal medida en el canal uno, tambien podria medirse entre
la para numero dos del segundo 555 y tierra puesto que la señal de la pata tres
del primer 555 se conducia a la pata dos del segundo temporizador.
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15. RESULTADOS.
Los resultados que obtuvimos fueron que a plena carga nuestro motor
consumía 400mA. Además de que la resistencia que ofrecía este por si solo
era de 4 Ω.
La alimentación del motor fue a 7 V, es decir se conmutaron 7 V mediante
un transistor NPN, esto porque la señal de salida del ultimo 555 no era lo
suficientemente potente para provocar el giro del motor.
Después de estas previas mediciones, tenemos a continuación las graficas.
1. En esta foto vemos la señal obtenida, cuando la señal azul, o del canal
dos, caía a 0, el motor dejaba de girar, y al elevarse esta a un 1 lógico,
pues el motor comenzaba a girar. La señal amarilla es la que se esta
introduciendo del primer al segundo 555.
2. para esta captura se modifico el nivel del potenciometro del primer
555,osea el que manda la señal de entrada para el 555 que nos dara
nuestra salida pára el control del motor. La resistencia medida del
potenciometro mencionado fue de 2.34 Ω.
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16. 3. Se modifico nuevamente el valor del mismo potenciometro pero esta
ves la medida del potenciometro fue de 500KΩ.
4. Esta captura es con otra frecuencia de entrada, puesto que teniamoa que
observar el comportamiento a distintas frecuencias, se aprecia
claramente el cambio, y al funcionar el motor obviamente tambien se
miraba gravemente afectado en cuando a su velocidad de giro y periodo
de giro.
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17. 5. Con otra frecuencia distinta.
6. Nuevamente con otra frecuenta.
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18. 7. Con una frecuencia diferente también
8. . Captura con una ultima frecuencia distinta a todas las demas.
CONCLUSION.
FUENTES INFORMATIVAS.
•ELECTRONICA INDUSTRIAL-Dispositivos y sistemas.
Timothy J. Maloney.
Prentice-Hall.
Mexico D.F. Traduccion de la primera Ed. En Ingles. 1983.
http://es.answers.yahoo.com/question/index?
qid=20080319185313AA2c9u3
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19. http://www.scribd.com/doc/2063782/DSE-2-Amplificacion-de-
pequena-senal-con-transistores-BJT-y-FET
• ENGINEER’S MINI-NOTEBOOK
Forrest M. Mims III.
III Edicion.
Radio Shack, EUA 1996.
ANEXOS.
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