Potencia

[pic]

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL MENDOZA

DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA

CATEDRA: ELECTRONICA DE POTENCIA

CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CC
MEDIANTE PWM

INFORME DE LOS ALUMNOS:
HWANG FAN JER
JUAREZ CARLOS
ZAJUR WALTER

Año: 1999

Control de velocidad de Motores deCC mediante PWM

Diseño de la etapa de Potencia

Diagrama en bloques del sistema:

Circuito de potencia:

Especificaciones del motor utilizado:

Excitación por imán permanente
Alimentación: 110 Vcc
Potencia nominal: 1/4 Hp
Corriente nominal: 1,7 Amp.
Corriente de arranque: 10 Amp.
Velocidad máxima: 1500 rpm

Transistor de potencia

El diseñoutiliza un MOSFET de canal N, para simplificar el diseño del circuito de excitación y para minimizar el número de componentes.

Elegimos el transistor IRF 740 que posee las siguientes características:

Vdss: 400 V (jc: 1 o/W
Rds < 0,55 ( (ja: 62,5 o/W
Id max: 10 Amp (cd: 0,5 o/W
Vgs: 20 V
Pot. max: 125 W tr: 10nSeg
Tj max: 150 oC tf: 10nSeg

Nota:Elegimos un MOSFET con Idmax de 10 Amp, teniendo en cuenta que el sistema de control se encarga de efectuar un arranque suave del motor, por lo que nunca se alcanza la corriente máxima de arranque del motor.

Potencia disipada por el transistor, incluye la de conducción y las pérdidas de conmutación:

Pd = Io2 . (Rds(on). K). D + 0,5. VI. Io. (tr + tf). fs

Pd: Potencia disipada por eltransistor MOSFET.
Io: Corriente de salida nominal.
VI: Tensión de entrada de alimentación.
Rds(on): Resistencia de drenaje-fuente en estado de conducción del MOSFET.
tr + tf: tiempo de conmutación total del MOSFET (tiempo de subida y tiempo de bajada). Asumiendo que el circuito de excitación es adecuado para efectuar tiempos de conmutación de: tr+tf = 100ns. (Se ha adoptado tiempos mayorescomparados a los disponibles del MOSFET de tr:10ns y tf:10ns).
K: factor de ajuste de Rds del MOSFET por efectos de la temperatura. Como adoptamos una temperatura ambiente de 55oC y suponiendo el peor de los casos, en que la Rds se incrementa un 60% al alcanzar esta temperatura, entonces K es igual a 1,6.
D: valor estimativo de Duty-Cycle, Adoptamos el valor 1 suponiendo el peor de los casos.
fs:es la frecuencia de PWM, adoptamos el valor de 78,12Khz que es la frecuencia de PWM disponible en el microcontrolador PIC 17C42.

Para mantener un margen de seguridad sumamos a la I nominal un 20%:

Io = Inominal. 1,2 = 1,7 . 1,2 = 2Amp.

Pd = 22.(0,55. 1,6).1 + 0,5. 110. 2. (100.10-9). (78,12.103)

Pd = 3,52 + 0,86 = 4,38 W

Verificación de la necesidad de utilizar o no undisipador, con una temperatura de ambiente de 55oC:

Tj = Ta + ((ja . Pd) = 55 + (62,5 . 4,38) = 328,75oC

Como la temperatura de juntura calculada supera a la temperatura de juntura máxima de 150oC, hace falta un disipador de calor.

Cálculo de la resistencia térmica del disipador:

Tj - Ta = Pd. (ja = Pd. ((jc + (cd + (da)

Adoptamos una temperatura de juntura de compromiso de Tj =130oC.

Con este dato, Tj, calculamos la temperatura de carcaza para su posterior verificación en la curva de Pot-Tcarcaza:

Tc = Tj - ((jc . Pd) = 130 – 1. 4,38 = 125,62oC

Verificamos en la curva de Potencia-Tcarcaza la potencia máxima de disipación disponible en el MOSFET para esta temperatura de carcaza de 125,62oC para una temperatura de juntura de 130oC.

Se observa que lapotencia de disipación máxima admisible es de aproximadamente 20W, la cual es mayor a la potencia de disipación calculada de 4,38W. Entonces la Temperatura de juntura adoptada de 130oC es adecuada.

Cálculo de la Resistencia Térmica del disipador:

(da ( (Tj - Ta) - Pd. ((jc + (cd) = (130 - 55) - 4,38. (1 + 0,5) = 15,623oC/W
Pd 4,38

Este valor de resistencia térmica sugiere que sólo hace...