Proyectos con Microcontroladores AVR

1. CENTRO TECNOLÓGICO DE AVANZADA
AREA DE MECATRÓNICA
Código: M07 MICROCONTROLADORES II
Laboratorio: D-19
Duración: 100 Hs PROYECTO FINAL
Single-phase Soft Starter
Fundamentación El arrancador suave es muy utilizado últimamente en la industria
para evitar picos consumo de corriente. Además existen ciertas aplicaciones donde ciertos
tipos de arranques son inviables (arranque directo) como por ejemplo cintas transporta-
doras, apertura/cierre de válvulas en tuberías hidráulicas (evitar golpe de ariete), etc.
El gran inconveniente de esta regulación es que el par se reduce estrepi-
tosamente con el cuadrado de la tensión. Por lo que solo ha alcanzado una cierta
popularidad en aplicaciones con una curva de par resistente cuadrático (caso de bombas
y ventiladores). En estas aplicaciones es posible proporcionar, con pequeñas corrientes
de arranque y sin grandes calentamientos del motor, tanto el par de arranque como el
par motor necesario a velocidades relativamente diferentes de la síncrona. El margen de
regulación debido a su principio de funcionamiento es pequeño, en torno al 15% de la
velocidad nominal o asíncrona.
Es por ello demandante que los estudiantes analicen y comprendan este dispositivo
eléctrico. El objetivo es que se construya un arrancador suave monofásico para motores
monofásicos de inducción menores de 1HP.
Funcionalidades mínimas necesarias
• Pantalla LCD.
• Potenciómetros para tensión pedestal, tiempo aceleración/desaceleración y ajuste
de la corriente del motor.
• Indicadores luminosos y sonoros en caso de algún error.
• Microcontrolador ATMEGA128A (ATMEGA328, ATMEGA168) el firmware debe
realizarse con el AVR Studio.
• Medición de corriente (Módulo medidor de corriente ACS712 o similar).
• Estimador de velocidad de rotación del motor (RPM).
• Sistema propio de alimentación con toma a 220V.
• Placa PCB donde se montarán los módulos, pantalla LCD y hardware adicional.
• Grabar las configuraciones en la memoria interna EEPROM del µC en caso de
reinicio del sistema o interrupción de la energía eléctrica. También se puede utilizar
una memoria EEPROM externa como el AT24C32 o similares.
Funcionalidades adicionales son aceptadas no así simplificaciones que no
cumplan todo lo requerido anteriormente.
Pedro Ramírez <pedroramirez22@gmail.com> 1

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Código: M07 MICROCONTROLADORES II
Laboratorio: D-19
Duración: 100 Hs PROYECTO FINAL
Descripción del Funcionamiento El arrancador suave debe poseer los potenciómetro(s)
para poder variar los parámetros del mismo (tiempo de aceleración, tiempo de desacel-
eración, tensión pedestal, corriente máxima). En el LCD se deben poder visualizar los
valores de los mismos, consumo de corriente y los RPM del motor. Debe tener activación
manual (start/stop) con switches y activación por bobinas (start/stop).
En caso de algún error, como por ejemplo desconexión del motor, consumo excesivo
de corriente, etc. el arrancador suave debe tener un indicador de alarma/lumínico y una
lógica de protección del motor.
Presentación del Informe El informe tiene que tener detalles técnicos de la realiza-
ción del trabajo. Se deben detallar los siguientes items:
• Explicación del Firmware (Código C completo incluyendo librerías utilizadas).
• Explicación del Hardware (Esquemático en Proteus).
• Explicación del diseño y construcción de la placa PCB. (Hecho en Proteus, Fotos
de la realización física de la Placa PCB).
• Manual de Usuario del sistema construido (impreso).
• Manual Técnico del sistema construido (impreso).
Presentación Oral El trabajo debe ser defendido de manera presencial de forma ex-
positiva (debe poseer PowerPoint). La fecha de la misma va a ser fijado convenientemente
en clase con los alumnos (Válido como examen final).
Conformación de Grupos Este trabajo esta diseñado para ser realizado en un peri-
odo máximo de 1 semestre. El trabajo debe realizarse en grupos mínimo de 2 personas
y máximo de 3 personas.
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Código: M07 MICROCONTROLADORES II
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Duración: 100 Hs PROYECTO FINAL
Arrancador suave monofásico
El diagrama de bloques del circuito esta dado en la Figura 1, consta de 3 partes básicas.
BLOCK DIAGRAM - SCOREBOARD
DRAWN BY CHECKED DATE SCALE SHEET NO.
Circuito Detector de
Cruce por Cero (ZCD)
Circuito de Control
de Disparo (uC)
Circuito de Potencia
(SCR)
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Figure 1: Diagrama funcional del Arrancador Suave
Circuito detector de cruce por cero (ZCD)
Primero se utiliza un transformador para reducir el nivel de tensión a 12VAC o 24VAC,
luego pasa la señal por un rectificador de onda completa para tener una señal DC pul-
sante, con el opto-acoplador de genera una onda cuadrada cada vez que la señal senoidal
cruza por cero.
Es decir, cada vez que la salida del rectificador tiene el valor cercano a VF o menor,
del LED se apaga, el transistor pasa a corte y el valor de ZCD es de VCC. En el caso
donde el valor de tensión en la salida del rectificador es mayor a VF el LED se enciende,
el transistor esta en corte y el valor de ZCD es de 0V.
TR1
R1
1k
A
K
C
E
1
2
4
3
PC817
R2
10k
+VCC
ZCD
L
N
220V 24V
R4
DC 7
Q 3
GND1VCC8
TR2 TH 6
CV5
U2
555 C1
100nF
+5V
C2
100nF
Q1
2N3904
R4
10k
Q2
2N3904
R5
10k
R6
10k
ZCD
GATE
R7
10k
RV1
100K
U3TR2
L1
R3 R8
Figure 2: Detector de cruce por cero (ZCD)
Circuito de control de Disparo (µC)
El circuito de control de disparo básicamente es un circuito con retardo a la conexión.
Cada vez que el ZCD pasa de 0V a VCC el microcontrolador inicia un contador de tiempo
para enviar la señal de disparo el circuito de potencia GATE.
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Duración: 100 Hs PROYECTO FINAL
Circuito de Potencia (SCR)
El circuito de potencia esta dado por un Tiristor (SCR) que realiza el paso/corte de
corriente para activar el motor. Hay que tener en cuenta de agregar un circuito amor-
tiguador al mismo (snubber circuit triac) ya que esta manejando carga inductiva y
puede dañar al SCR.
TRAN-2P2S
2W005G
3.3k
A
K
C
E
1
2
4
3
PC817
ZCD220V 24V
R4
DC 7
Q 3
GND1VCC8
TR2 TH 6
CV5
U2
555 C1
100nF
+5V
C2
100nF
Q1
2N3904
R4
10k
Q2
2N3904
R5
10k
R6
10k
ZCD
GATE
R7
10k
RV1
100K
1
2
6
4
U3
MOC3021
M
R3
390
220V
R8
220
GATEL
N
N
Figure 3: Circuito de Potencia
Es mejor utilizar un TRIAC en vez del SCR para tener un control de disparo en
ambos semi-ciclos de la señal alterna.
Integrantes para este Proyecto
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Última Actualización March 21, 2018
Pedro Ramírez <pedroramirez22@gmail.com> 4