Informe de la realización de la regulación de un motor a 120 V mediante PWM (nótese que este es una de las diferentes formas para variar la velocidad de un motor DC)

1. Universidad Politécnica Salesiana. Freire. ME I – PWM para Motor DC.
Máquinas Eléctricas I
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Resumen— En esta práctica aplicaremos uno de los
métodos para el control de velocidad de un motor DC
mediante la variación de ancho de pulso o PWM.
Índice de Términos— Eficiencia, Regulación y
Rendimiento.
I. INTRODUCCIÓN
El PWM o modulación mediante ancho de pulso, es una
situación especial de la configuración aestable del integrado
555 como se muestra en la Fig. 1, el cual contiene una
resistencia variable que permite modificar el ancho de pulso
para el funcionamiento de algunos elementos electrónicos
como se puede apreciar en la Fig. 2, Por ejemplo la variación
del encendido y apagado de un LED o incluso la reducción de
la velocidad de un motor DC.
Fig. 1 – Configuración Aestable del Integrado 555
Los valores de Ra y Rb serán calculados mediante las
ecuaciones 1 y 2 respectivamente.
(Ec. 1)
(Ec. 2)
NOTA: El Capacitor será dimensionado mediante el método
de selección, puesto a que en el mundo existe más variedad de
resistencias que capacitores.
La modulación de ancho de pulso es una técnica utilizada para
controlar dispositivos, o para proveer un voltaje variable de
corriente continua.
La señal generada tendrá frecuencia fija y tiempos de
encendido y apagado variables, es decir el período de la señal
se mantendrá constante, pero la cantidad de tiempo que se
mantiene en alto y bajo dentro de un período puede variar.
Fig. 2 – Variación de ancho de pulso mediante PWM
II. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
A. Revisión de los equipos
Antes de proceder a conectar y poner en funcionamiento los
equipos, nos corroboramos de que todo se encuentre en
perfecto estado, como son: fusibles, cables, motores, etc.
B. Conexión de los equipos
Una vez revisado los equipos y sus respectivos manuales o
guías, procedemos a armar las conexiones que sean
requeridas.
C. Manejo de los equipos
Una vez conectado los equipos, procedemos a realizar la
práctica para la resolución del problema.
III. FUNCIONAMIENTO
El presente circuito permite regular y controlar la velocidad
desde detenido hasta el máximo posible del motor por medio
de un potenciómetro, debido a que funciona por modulación
de ancho de pulso la fuerza del motor se ve poco afectada
incluso a velocidades mínimas.
Informe – Control de Velocidad para un Motor DC
FREIRE, Santiago.
santiagofreire91@hotmail.com
Facultad de Ingeniería Electrónica

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El circuito se basa en un circuito integrado NE555 el cual
genera un tren de impulsos necesario para controlar el
transistor TIP3055, el cual acciona por pulsos el motor de
continua.
El diodo en paralelo con el motor impide que, cuando se quita
la corriente, el transistor se queme.
Los componentes entre los terminales 2, 6 y 7 del integrado es
decir el potenciómetro y el capacitor cerámico de 100uF
regulan el tiempo de alta variando la frecuencia de oscilación
del circuito y, por ende, la velocidad del motor se verá
afectada.
La regulación o control de velocidad se obtiene mediante
PWM o Modulación por Ancho de Pulsos.
El pin de salida nº 3 del circuito integrado 555 nos provee una
onda rectangular ajustable o señal de salida, lo que
básicamente significa que podemos variar el ancho de pulso de
al onda, lo que provoca cambios en la velocidad del motor.
La salida del 555 excita el transistor por medio de una
resistencia que limitadora de corriente, el transistor actúa
como switch por lo que la perdida de energía en él es
despreciable.
IV. CÁLCULOS
En la presente práctica cabe recalcar los sistemas que se van a
utilizar, los cuales se realiza un diagrama de bloques en la Fig.
3.
Fig. 3 – Diagrama de Sistemas.
Sistema de Control
Comprende todo lo que se refiere a la configuración aestable
del integrado 555, la cual se define por los siguientes
parámetros.
La frecuencia que hemos utilizado en el circuito de control es
de 15Hz, puesto a que esta frecuencia, nos permitirá apreciar
el control que se realiza al motor.
Para el funcionamiento del 555 con una frecuencia de 15Hz,
se procede a dimensionar las resistencias Ra, Rb y el capacitor
C.
Para esta parte del proyecto, se recomienda asumir el
capacitor, puesto a que los capacitores tienen menos variedad
de valores que las resistencias, es así que para nuestro
capacitor se asumió 100nF, con esto procedemos a obtener las
resistencias Ra y Rb mediante las ecuaciones 1 y 2.
Como se dijo anteriormente que el capacitor se asume a
100nF, entonces despejamos Rb y hallamos su valor
calculando para un valor T/2 para estabilizar la señal, es decir,
idealmente el Ta será el mismo que Tb con una Rb
establecida..
Entonces en la resistencia Rb se procederá a colocar un
potenciómetro que hará reducir el ancho de tiempo de alta
para una mayor extensión en tiempo de alta, haciendo
funcionar el motor a una velocidad considerable.
Rb nos dará el control del PWM, es está resistencia variable
que nos permitirá controlar la velocidad del motor.
Luego procedemos a calcular Rb mediante la fórmula:
Pero como se mencionó anteriormente, lo ideal es que Ta =
Tb, pero para cálculos de dimensionamiento, se procede
aumentando o disminuyendo a un valor conocido Ra, en este
caso, Ra = 1KΩ.
De esta manera se ha obtenido la parte del integrado 555 en
configuración aestable, como se muestra en la Fig. 4.
Fig. 4 – Configuración aestable del integrado 555
NOTA: Los diodos que se encuentran en paralelo, invertidos y
cada uno a cada lado del potenciómetro, sirven como un
sistema de switcheo que permite al potenciómetro la variación
exacta de carga que necesita el motor.

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El Capacitor de 470uF, se ha colocado para anular cualquier
tipo de ruido generado por algún elemento o ruido del exterior.
La señal de salida del integrado 555 es con la que se trabajará
y comandará al transistor para que permita el aumento de
voltaje al motor, permitiendo que este aumente su velocidad.
Para poder observar si existe pulso o no, se procede a insertar
un LED de alta intensidad, calculando su respectiva resistencia
mediante divisor de tensión como se muestra a continuación
en la ecuación 3.
(Ec. 3)
Donde:
Vr: voltaje de referencia
Vd: voltaje en el diodo
Id: corriente de funcionamiento del diodo
Sistema de Potencia
Comprende todo lo que se refiere al uso de transistores y
motores dc, en nuestro caso se ha utilizado un amplificador de
corriente TIP3055 el cual nos dará el soporte al motor.
Para el diseño o dimensionamiento del TIP nos basamos en
algunas características.
Corriente de Colector (máximo)
Voltaje Colector-Emisor (máximo)
Frecuencia de Switcheo (máximo)
Potencia de disipación del TIP (máximo)
Como datos tenemos a la corriente de colector, que es de 1,5
A, este valor se consiguió en las prácticas anteriores del motor
Shunt.
El voltaje colector-emisor de 70V, que de igual manera se
obtuvo en las prácticas anteriores del motor Shunt.
La frecuencia de switcheo para este caso es el valor de la
frecuencia con la que está trabajando el integrado 555, es
decir, de 15 Hz.
La potencia de disipación se obtiene mediante la formula
P=VI, donde el voltaje y corriente a utilizar son los valores de
voltaje colector-emisor y la corriente de colector,
respectivamente.
Es decir:
En la revision del Datasheet del TIP3055, tenemos:
Corriente de Colector (15A)
Voltaje Colector-Emisor (70V)
Frecuencia de Switcheo (2,5MHz)
Potencia de disipación del TIP (90)
Como se puede observar, el voltaje de colector emisor es el
mismo y la potencia es menor, pero esto se puede solucionar
con un disipador de calor; he considerado este TIP, ya que es
el que dará la corriente suficiente como para hacer girar el
motor, con un costo adicional que la resistencia que vaya
acoplado con la señal del 555, sea de alta potencia, por la
corriente de base de retroceso; y el uso de un disipador de
calor que en los Datasheet nos muestra.
En este caso el encapsulado del TIP3055 es del tipo
TO247AD, el cual nos permite el uso de un disipador del tipo
FK243M1 a 247 V, el cual se ajusta correctamente con el TIP.
V. CONCLUSIONES
En cuanto a la descripción del funcionamiento de un
motor de corriente continua, se analizaron los
diferentes aspectos relacionados con su
funcionamiento, y los parámetros que influyen en
el control de la velocidad de los mismos, a partir de
esto se obtuvo un modelo matemático, donde, están
contemplados dichos parámetros, este modelo
matemático es una aproximación
al comportamiento real del sistema.
Se observó que el temporizador 555 en el circuito de
PWM esta configurado como un oscilador aestable
por lo que es necesario usar un interfaz entre el
circuito del 555 y el motor que deseamos manejar , la
razón principal es la corriente requerida por el motor
cuando se necesita trabajar con carga.
El capacitor de 470uF tiene la funcion de filtrar la
señal sistema es decir el motor produce fluctuaciones
en la tension de alimentacion cuando funciona, estas
fluctuaciones afectan al circuito de control del
temporizador 555, el capacitor tendería a disminuir
las fluctuaciones, y los diodos 1N4148 aislan el
tiempo de carga y descarga del capacitor de
oscilación del integrado 555 y permiten regular con
un solo potenciometro en forma opuesta cuando sube
el uno y disminuye el otro.
En cuanto al circuito de potencia se debe tomar en
cuenta varios factores para que el presente circuito
pueda trabajar correctamente, se recomienda que aun
cuando las corrientes suministradas a los motores no
excedan los 2A que posee como corriente nominal a
250 V, se utilicen componentes con capacidades de
voltaje y corrientes aun mayores, y que estos sean
conectados a disipadores de calor de tamaño
suficiente para evitar su calentamiento.
Basándome en el análisis hecho y los resultados arrojados por el
presentecircuitoseobservóquelavariacióndelaresistenciaenel
potenciómetro aquella que soporta tensiones y
corrientes mayores, es loque permitevariaro modular el
ciclo de trabajo de la señal que alimenta el motor, por tanto
teneruncontroldelavelocidaddelmismo.
VI. RECOMENDACIONES
Es de suma importancia tener cuidado al momento de
realizar las conexiones, especialmente en lo que se
refiere a la etapa de control ya que si el circuito

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genera alguna corriente de fuga, el TIP3055 en la
etapa de potencia se puede dañar permanentemente.
Se debe tomar principal atención en las tierras. La
tierra del motor debe concordar con la tierra de la
fuente y del sistema que envía la señal al motor.
REFERENCIAS
[1] Teoría y Análisis de Máquinas Eléctricas, GUTIERREZ,
Agustín, Lima – Perú, 2000, Capítulo 4, 4.11 –
Regulación de un Transformador, Págs.: 132 – 133,
Enlace:
http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologi
a/mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_rueda.htm
[2] DatasheetTIP3055, Enlace:
http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/mospec/TIP2955
.pdf
Autor
Santiago Freire
Estudiante
Universidad Politécnica Salesiana
2013