Inversor para controlar la velocidad de un motor de inducción monofásico de fase partida

Abstract

This thesis deals with the design and implementation of a single-phase inverter for induction motors. The complete system consists of a control stage and a power stage. Control stage comprise: the microcontroller, the coupling steps and drivers Transistors while the power stage is formed by a bridge of bipolar transistors with damping circuit. The inverter produces an AC signal varying in both amplitude and frequency. The amplitude is controlled by width modulated signals (PWM) generated in the microcontroller, these single-width pulse for each half cycle. The implementation of this technique is simple and harmonic content it presents is acceptable for this application. The microcontroller is used PIC16F876A Microchip. This is the average within the range offered by the manufacturer, it is inexpensive and popular in developing academic projects, therefore easy to get. In the algorithm programmed into the microcontroller, they took into account the factors required to control the motor in constant torque region and constant power. In the region of constant torque, to achieve that characteristic of the engine is required to maintain the voltage / frequency ratio constant, moreover, also requires a voltage booster or additional to offset losses in the motor at low frequencies. For the constant power region is required that the voltage is maintained at 120 V, regardless of the frequency at which it is operating. And for both regions is required include between positive and negative half cycle of the excitation signal, a delay time to allow full off of BJT and avoid shorts in the bridge.

Esta tesis trata del diseño e implementación de un inversor monofásico para motores de inducción. El sistema completo está compuesto por una etapa de control y una etapa de potencia. La etapa de control la conforman: el micro controlador, las etapas de acoplamiento y los controladores de los transistores; mientras que la etapa de potencia está formada por un puente de transistores bipolares con un circuito de amortiguamiento. El inversor produce una señal de c.a. que varía tanto en amplitud como en frecuencia. La amplitud está controlada por señales moduladas en anchura (PWM) generadas en el micro controlador, estas son de un sólo ancho de pulso por cada medio ciclo. La implementación de esta técnica es sencilla y el contenido armónico que presenta es aceptable para esta aplicación. El micro controlador usado es el PIC16F876A de Microchip. Este es de la gama media dentro de los ofrecidos por el fabricante, es económico y popular en el desarrollo de proyectos académicos, por lo tanto, fácil de conseguir. En el algoritmo que se programó en el micro controlador, se tomaron en cuenta los factores requeridos para poder controlar al motor en las regiones de par constante y de potencia constante. En la región de par constante, para lograr esa característica del motor, se requiere mantener la relación voltaje/frecuencia constante, además, se requiere también un voltaje de refuerzo o adicional para contrarrestar las pérdidas en el motor a bajas frecuencias. Para la región de potencia constante se requiere que el voltaje se mantenga en 120 V, sin importar la frecuencia a la que se esté operando. Y para ambas regiones se requiere incluir, entre el semiciclo positivo y negativo de la señal de excitación, un tiempo de retardo para permitir el apagado total de los BJT y evitar cortocircuitos en el puente.