Laboratorio #5 Motor DC
Laboratorio #5 Motor DC
Laboratorio #5 Motor DC
Breve historia
Aguja de la brújula de Oersted
Hans Oersted fue un físico danés que estudió la relación entre la electricidad y el
magnetismo. En 1820, notó algo extraño: al cambiar la corriente en un cable, se movía la
aguja de una brújula cercana.
Si se hace funcionar un grifo y vamos moviendo sin parar el control en ambas direcciones,
el flujo de salida de agua es proporcional al Angulo del mando en cada momento. Y si la
tubería fuese lo bastante enorme se estaría amplificando enormemente nuestro movimiento
manual.
Cuando se hace eso con un transistor poniendo en la Base una señal eléctrica variable, el
flujo de corriente entre el Emisor y el Colector sigue la señal de la base pero amplificándola.
Se pueden conseguir ganancias enormes con este sistema y es la base de todos los
amplificadores electrónicos modernos.
Funcionamiento
• Cuando la base de un transistor se aterriza a (0v), no fluye corriente del emisor al colector,
el transistor está apagado y entra en corte.
• Si la base es polarizada directamente por al menos 0,6 volts, fluirá una corriente del emisor
al colector, el transistor esta encendido y entra en saturación.
Cuando se opera únicamente en estos dos modos, el transistor funciona como un
interruptor.
Transistor 2N2222
En este caso, el controlador entrega cuatro pulsos a la puerta del interruptor. Como se
indica en la figura, T es el tiempo entre los bordes ascendentes de dos pulsos adyacentes.
Este intervalo se conoce como el marco o el período. El controlador establece T al
configurar la frecuencia PWM, que equivale a 1 / T. t es el período de tiempo que la señal
del controlador es alta (mayor que la tensión umbral). Este tiempo se conoce como ancho
de pulso. El ciclo de trabajo es la relación entre el ancho del impulso y el marco, o t / T.
Motores con escobillas
Son los motores prácticos más simples, sus estructuras internas son simples y fáciles de
controlar. Como ejemplo, la siguiente figura muestra un motor de corriente continua con
escobillas de 12 voltios.
A pesar de su simplicidad, los motores de CC con escobillas tienen características que
pueden hacerlos inadecuados para ciertas aplicaciones. Para entender por qué este es el
caso, debe estar familiarizado con la idea de la conmutación mecánica.
Conmutación mecánica
Cada motor eléctrico contiene dos partes: corriente en un conductor y un campo magnético.
Es importante tener en cuenta que la corriente debe cambiar con el tiempo. Si la corriente
en el conductor es constante, el motor no hará una rotación completa.
Esto puede parecer extraño la corriente continua implica corriente constante. Para ayudar
a aclarar esto, la siguiente imagen presenta un bucle de alambre que transporta corriente
entre dos imanes. La orientación del cable cambia en cada caso, pero la corriente, I, es la
misma.
Controlar un motor con escobilla es sencillo porque el funcionamiento del motor es tan fácil
de entender. Esta sección se enfoca en dos tipos de circuitos de control de motores
cepillados:
• Control de dirección única: si el motor solo necesita girar en una dirección, el circuito puede
construirse fácilmente con un transistor.
• Control de doble dirección: si es necesario cambiar la dirección del motor, se debe agregar
un puente H al circuito.
Si un motor con escobilla solo necesita girar en una dirección, diseñar el circuito es fácil. El
objetivo principal es permitir que el controlador active y desactive la corriente del motor, por
medio de un transistor.
Compare el funcionamiento de este con el primer montaje. Este montaje funciona igual o
diferente al primer montaje. Porque?.
Explicación del programa
En este ejemplo un valor de 5V en la Base permite el paso de la corriente sin restricciones.
En síntesis en este ejemplo el transistor funciona como un interruptor ON-OFF.
Una ventaja de usar un transistor es que aísla eficazmente el circuito de control de la base
de la carga entre Emisor y Colector, haciendo casi imposible que se quemé el Arduino con
un circuito como este.
Precaución: Dado que el motor tiene carga inductiva conviene añadir un diodo que proteja
el transistor.
EJEMPLO 2. Puente H.
Implementar el siguiente esquema:
• El pin 16, Vss, son los 5V con los que alimentamos el chip y el pin 8, Vs, es la tensión con
la que alimentamos el motor.
• Los pines del 1 al 7 controlan el primer motor y los pines 9 a 15 controlan el segundo
motor.
• El pin 1, Enable1, Activa el uso del motor 1. Con un valor HIGH, el motor puede girar
dependiendo del valor de I1 e I2. Si es LOW se para independientemente de los valores del
resto de pines
• Los pines 2 y 7 son los pines de control para el motor 1, e irán conectados a nuestros
Arduino para controlar el sentido de giro.
• Los pines 3 y 6 son la salida a la que se conecta el motor 1, cuya polaridad se invierte en
función los valores de 2 y 7.
• En el diagrama de arriba veis que hay pines equivalentes para el motor 2 y cuales son.
• Los pines 4, 5,12 y 13 van a GND.
Tabla lógica que sigue el giro del motor en función de los tres pines:
Por tanto tenemos que activar el pin enable para que el motor gire y después usamos los
pines Input1 e Input2 con valore opuestos para hacer girar el motor en una dirección o en
la contraria
Conexiones:
Escriba, compile, ejecute, analice y explore, el programa siguiente, abra un archivo nuevo
por cada ejemplo. Utilizar las sangrías respectivas, para mejorar la interpretación del
programa.
analogWrite escribe en el pin de salida un valor entre 0 y 5V, dependiendo de V (que debe
estar entre 0 y 255).
De este modo si conectamos un LED a una de estas salidas PWM se pueda modificar su
brillo sin más que variar el valor que se escribe en el pin.
Pero hay una restricción. No todos los pines digitales de Arduino aceptan poner valores
PWM en la salida. Solamente aquellos que tienen un símbolo ~ delante del número.
Observe la imagen:
Esquema a implementar:
Escriba, compile, ejecute, analice y explore, el programa siguiente, abra un archivo nuevo
por cada ejemplo. Utilizar las sangrías respectivas, para mejorar la interpretación del
programa.
Analice el resultado.
3. Deshabilite los delay, su funcionalidad final es igual o diferente, con los delay.
Explicación del programa:
Usted crea una función declarando su tipo de devolución (la información que proporciona),
su nombre y cualquier parámetro opcional (valores) que la función recibirá cuando se llame
a la función.
El cuerpo de la función es el código dentro de los corchetes que se ejecuta para realizar
alguna acción cuando se llama a la función.
En el ejemplo anterior hay una función simple llamada LED1, que solo hace parpadear un
LED. No tiene parámetros y no devuelve nada (el vacío que precede a la función indica que
no se devolverá nada):
La siguiente función llamada LED2, tiene dos parámetros (la variable entera llamada ciclos
y la variable entera llamada tiempo) que determinan cuántas veces parpadeará el LED y
por cuanto tiempo:
Esta funciona versión comprueba si el valor de ciclos es mayor a z. Esto se repetirá hasta
que ciclos sea menor a z.
En el void loop, se ejecuta primero la función 1 LED1, después la función 2 LED2 y por
último la función 1 LED1.
EJEMPLO 11. La función retorna con un valor
Escriba, compile, ejecute, analice y explore, el programa siguiente, abra un archivo nuevo
por cada ejemplo. Utilizar las sangrías respectivas, para mejorar la interpretación del
programa.
El tipo de datos que precede al nombre de la función indica el tipo de devolución (o el tipo
de devolución si no es nulo). Al declarar la función (escribir el código que define la función
y su acción), no se pone un punto y coma siguiendo el paréntesis al final.
Cuando se llama la función, se necesita un punto y coma al final de la línea que llama a la
función.
Por ejemplo, aquí hay una función que toma un parámetro y devuelve un valor:
Los bucles sin paréntesis pueden comportarse inesperadamente si tiene más de una línea
de código.
El ciclo do ... while es similar al ciclo while, pero las instrucciones en el bloque de código se
ejecutan antes de verificar la condición. Utilice este ciclo de repetición cuando debe tener
el código ejecutado al menos una vez, incluso si la expresión es falsa:
El código anterior parpadeará el LED al menos una vez y seguirá parpadeando siempre
que el valor leído de un sensor sea mayor que 100. Si el valor no es mayor que 100, el LED
solo parpadeará una vez.
EJEMPLO 16. Salir de un bucle
Escriba, compile, ejecute, analice y explore, el programa siguiente, abra un archivo nuevo
por cada ejemplo. Utilizar las sangrías respectivas, para mejorar la interpretación del
programa.
Implementar los siguientes ejercicios con la tarjeta Arduino, para mayor facilidad montar los
ejercicios en la protoboard, que al final solo sea conectar solo el Arduino a cada ejercicio
en la protoboard.
Se califica:
- Presentación, los cables de conexión deben ir a ras de la superficie de la protoboard.
- Funcionamiento del circuito.
- El programa tenga comentarios y las sangrías respectivas.
- El seudocódigo de cada programa
Ejercicios
1. Investigue y explique al profesor, los conceptos físicos de torque en un motor y velocidad
angular en un motor.
2. Investigue y explique al profesor la diferencia o igualdad, entre los conceptos de puertos
PWM y los puertos Análogos.
3. Hacer el siguiente programa con ocho leds: