CIRCUITO ELÉCTRICO CON CAMBIO DE SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR

• APLICACIÓN: Circuito eléctrico para conmutar el cambio de giro de un motor. Ejemplo: grúa, coche eléctrico, puerta automática, etc.

• MATERIALES: Relé a 9V de 6 contactos, dos interruptores, aglomerado, caja reductora, hilo y clavos.

• CONSTRUCCIÓN: Como el relé debe funcionar a 9Voltios y se ha puesto una única fuente de alimentación la caja reductora girará a mucha velocidad, para solventar este problema se proponen distintas soluciones: añadir una reducción compuesta de tornillo sin fin o alimentar el motor con otra fuente independiente a 4,5Voltios.

Dibujo del circuito eléctrico análogo de uno mecánico

 

    Hemos visto las analogías de forma teórica a partir de la similitud entre las ecuaciones diferenciales que rigen los sistemas mecánicos y eléctricos. Por tanto, ya estamos en condiciones de dibujar el circuito eléctrico análogo de un circuito mecánico. Para ello deberíamos hacer:
 

Obtener las ecuaciones diferenciales del circuito mecánico.

Hacer la analogía de impedancia o movilidad de dichas ecuaciones.

Obtener el esquema eléctrico a partir de las ecuaciones diferenciales análogas.

    Veamos un ejemplo de conversión mecánico a eléctrico utilizando este método, y lo compararemos posteriormente con otro método mucho más rápido y directo. Sea el siguiente circuito mecánico (dibujado con ANALOGIA.EXE):
 
 

 
    Para la conversión, vamos a tratar de encontrar la ecuación de movimiento de cada una de las masas M1 y M2 que forman los dos sistemas vibratorios del circuito mecánico. La ecuación dinámica de la masa M1 será:
 

     Ordenando la ecuación, y poniéndola en función de la velocidad de vibración, obtenemos:
 

 
    Para la masa M2, la ecuación de la dinámica será:
 

    De igual forma que el caso anterior, podemos escribirla como:
 

    Una vez obtenidas esta dos ecuaciones, obtenemos las ecuaciones eléctricas análogas de tipo impedancia según lo que hemos visto, sustituyendo L (autoinducción) por M (masa), R (resistencia) por Rm (resistencia mecánica), 1/C (capacidad) por k (constante de elasticidad), E (tensión) por F (fuerza), e I (corriente) por V (velocidad):
 

 

 

    Como se puede ver, tenemos dos ecuaciones de mallas, cada una con un generador de tensión, que forman una red eléctrica. Por la primera malla circulará la corriente i1, y por la segunda i2. Las dos mallas tendrán una malla común que se verá recorrida por la corriente i1-i2, de forma que el circuito de impedancia será:
 
 

 
 
  Si usamos ahora la analogía tipo movilidad debemos cambiar C (capacidad) por M (masa), 1/R (resistencia) por Rm (resistencia mecánica), 1/L (autoinducción) por k (constante de elasticidad), I (corriente) por F (fuerza) y V (tensión) por V (velocidad). De esta forma obtenemos:

 

 

    En el circuito que describen estas ecuaciones tenemos un generador de corriente por cada malla. Además tenemos los elementos C1, R1 y L1 sometidos a un potencial V1, mientras que C2, R2 y L2 están al potencial V2, mientras que R y L tienen un potencial V1-V2, de forma que el circuito eléctrico de movilidad será:
 

 

    Este procedimiento es correcto, pero trabajoso de realizar. En su lugar, tenemos un procedimiento mucho más rápido para obtener directamente el circuito eléctrico de movilidad a partir del circuito mecánico por simple inspección del mismo.

    Para ello seguiremos los siguientes pasos (que son los realizados por ANALOGIA.EXE para la creación del circuito análogo):
 

Definimos un punto de masa eléctrica.

Las masas mecánicas se transforman en condensadores con uno de sus extremos unido a la masa eléctrica.

Las fuerzas mecánicas se transforman en generadores independientes de corriente que salen de la masa eléctrica.

Los resortes se transforman en bobinas de valor 1/k o lo que es lo mismo, Cm.

Las resistencias mecánicas se convierten en conductancias eléctricas, o lo que es lo mismo, en resistencias de valor 1/Rm.

Se unen a la masa eléctrica todos aquellos elementos que están conectados a la tierra en el circuito mecánico.

Se unen los elementos eléctricos (los pines que queden libres tras aplicar las reglas anteriores) uniendo los elementos eléctricos entre si tal y como estén conectados los elementos mecánicos análogos.

    Veamos un ejemplo de conversión a través de este sistema obtenido con ANALOGIA.EXE:
 
 

 

    De esta forma hemos conseguido el circuito eléctrico a través de la analogía de movilidad. En caso de querer obtener el análogo de impedancia, podemos obtenerlo a partir del anterior obteniendo su dual, tal como explicaré en el punto siguiente.

Circuito Electrónico

Um diagrama geral é assim:

--------- 0-5V ---------- ~220V -----------------

| PC |===>===|Circuito|========|Maquina de Café|

--------- ---------- -----------------

O conceito é que usamos uma voltagem de controlo através do computador, que comanda um circuito electricamente isolado com um Relay ou Triac.

Tem de escolher um circuito Relay, se tiver uma máquina de café grande (maior que 200W, sensivelmente), caso contrário pode utilizar um baseado num Triac.

Todos os circuitos apresentados foram pelo menos uma vez testados, mas os resultados são da SUA RESPONSABILIDADE. Se não tem experiência com electrónica NÃO deve tentar com estes, caso contrário pode arranjar um problema...

Deve ter muito cuidado ao experimentar com 220V, e não existe obsoloscência na utilização de um fusível apropriado.

Retirar voltagem 0-5V do computador

Aqui está um exemplo simples de como arranjar voltagem 0-5V da porta paralela do seu computador.

Vista Traseira ----- Pino 10 - ACK

Macho DB-25 | | Pino 9 - D7

Conector | | Pino 2 - D0

v v v Pino 1 -

~*****Strobe*****

____________________________________________________________

/ \

\ 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 /

\ /

\ 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 /

\______________________________________________________/

O Pino 1 é um *****Strobe****** (logica inversa)

Os Pinos 2-9 são sinais de dados, exactamente o que foi escrito para a porta paralela sai com um comando OUTB.

O Pino 10 é o signal de recepção (ACK), controlado por si, para que possa produzir um interruptor para o CPU.

Os Pinos 18-25 estão em curto-circuito e são a terra (GND).

Em detalhe:

<=entra DB25 Cent Nome do Reg

=>sai pino pino Sinal Bit Notas de Funções

------ ---- ---- -------- --- -----------------------------

=> 1 1 -Strobe C0- Define corrente baixa >0.5 para usarmos

=> 2 2 Data 0 D0 Definido para os dados menos significantes

=> 3 3 Data 1 D1 ...

=> 4 4 Data 2 D2 ...

=> 5 5 Data 3 D3 ...

=> 6 6 Data 4 D4 ...

=> 7 7 Data 5 D5 ...

=> 8 8 Data 6 D6 ...

=> 9 9 Data 7 D7 Definido para os dados mais significantes

<= 10 10 -Ack S6+ IRQ Baixa Corrente ~ 5 uS, após aceite

<= 11 11 +Busy S7- Alta para Ocupado/Desligado/Erro

<= 12 12 +PaperEnd S5+ Alta para falta de papel

<= 13 13 +SelectIn S4+ Alta para impressora seleccionada

=> 14 14 -AutoFd C1- Define baixa para alimentar uma linha

<= 15 32 -Error S3+ Baixa para Erro/Desligado/Fim de Papel

=> 16 31 -Init C2+ Define Baixa corrente > 50uS para inicializar

=> 17 36 -Select C3- Define Baixa para seleccionar impressora

== 18-25 19-30, Ground

Controlar com um Relay

O circuito mais simples que alguém pode construir é:

Vcc

|

+------+

| __|__

Mola do /^\ Diodo 1N4002

Relay /---\

| |

+------+

|

| /

4.7K B |/ C

porta paralela>-\/\/\/\/---| Transistor NPN: BC547A ou 2N2222A

data pi |\ E

| V

|

porta paralela>--------------+

pino de terra |

Terra

Conecte Vcc com a mesma voltagem que o tipo de relay (normalmente 5 ou 12V). Obviamente, as especificações do relay devem ser rasoáveis para a sua máquina de café.

Os empregados de cafés, normalmente, tendem a por o relay DEPOIS do transistor, no pino emissor (E) em vez de no pino colector (C). Isto é má pratica pois desvia gravemente o transistor e pode resultar em mau café :-). O Diodo 1N4002 é util para proteger o transistor da corrente do relay. Se não o utilizar, o transistor escurecerá e exalará um mau odor...

Controlar com o TRIAC #1

Se apenas deseja um circuito simples, pode usar o controlador de Triac da Motorola MOC301[012], juntamente com um TRIAC genérico como o SC141D. Este método tem a vantagem de que não necessita de uma fonte de energia extra.

Para cargas não-indutivas é este o circuito:

270 1 +-------+ 6 180

+5v -VAVAVA-----+ +----VAVAVA-----+-------------- Linha Quente

2 | MOC | |

TTL em ---------+ 3012 +nc VA SC141D

| | 4 / |

nc+ +------------/ |

+-------+ +----\/\/\/---- Linha Neutral

CARGA

Se for trabalhar com 220V, prefira um 3021. Cargas indutivas deveriam ser utilizadas em conjunto com condensadores de passagem (NT: by-pass capacitors no original). Veja Motorola Application Note AN-780. Máquinas de Café têm maioritariamente cargas resistentes e não indutivas (como um motor), mas quem sabe como é a sua...

Controlar com o TRIAC #2

+5VDC

| 180 180 2.2k

+---/\/\/\----+-----+ +----/\/\/-+--/\/\/\---+-------> 120V

| 1| |6 | | Quente

| +=====+ | | MT1

| | MC | Contro- | +-+

| | 3032| lador | G | | TRIAC

| +=====+ TRIAC | /| |

\ 2| |4 | / +-+

2N3904 |----+ | | | | MT2

/ | +--------- | -------+ |

V \ | | |

| / | \ |

| \ 43 .01u --- 10k / |

| / 500V --- \ |

| | | / |

+------+ | | | Neutro

| +--------+--+---o o--> 120V

/ load

>-/\/\--| 2N3904

\

V

|

---

///

Deve mudar as resistências de acordo com 220V.

Descrição do Circuito:

O MC3032 é um controlador de TRIAC opticoisolante. A resistência 180-ohm define a corrente para o LED emissor no opticoisolante. Altere o valor desta resistência - se necessário - para obter uma corrente razoável (por exemplo, 15 mA).

Note que não pode testar este circuito sem carga. O TRIAC não fará de interruptor se não estiver ligado a uma fonte de corrente AC, pelo que não poderá testa-lo em relação a interrupção simples sem aplicar corrente AC e carga. Note a graduação 500V no cap. .01.

CIRCUITO ELECTRÓNICO DEL RELOJ

Al final de este apunte están explicados términos específicos como Triac, Transistor, Frecuencia, Led y Relé)

La idea base es conseguir hacer sonar el timbre del colegio, que funciona con 220 volt, por medio de la señal que manda la computadora al parlante interno, normalmente llamada "speaker". De esa forma con conectar dos simples cables a los contactos "speaker" del matherboard se solucionaba todo.

De entrada descarté usar la salida COM o LPT de la computadora ya que eso implicaba un circuito electrónico mucho más complejo, y tal vez más costoso, que estaba fuera del alcance de nuestro proyecto. Eso no implica que no se pueda usar esa forma, tal vez mucho más ortodoxa. Pero en este colegio hay pocas cosas ortodoxas, por lo que preferí tratar de diseñar un circuito a partir del parlante. Si no lo lograba siempre quedaba la opción de comprar un circuito ya hecho en alguna parte del mundo.

Por medio de un tester (no pude conseguir un osciloscopio) medí la señal que manda el matherboard al parlante. Obviamente es una señal alterna (supongo que de forma cuadrada) de unos 5 volt. En este caso su frecuencia es de 500 herz ya que es la que utiliza el programa que usaba para hacer sonar el parlante.

Para hacer sonar el timbre del colegio se debe usar una "llave electrónica" en paralelo con el pulsador manual actual.

Originalmente se penso usar un TRIAC que actuara como llave electrónica. De esa forma con la señal de 5v alcanzaba para hacer activar al TRIAC y hacer sonar el timbre. Sin embargo eso obligaba a conectar uno de los polos de 220 al maherboard de la computadora, cosa no muy recomendable. Para peor la computadora del reloj iba a estar conectada en red, así que se corría el riesgo de mandar 220 volt a unas 50 computadoras.

Por lo tanto se optó por usar un RELÉ de forma de separar totalmente los 220 del circuito electrónico de la computadora. Mi idea era conseguir un relé de 5 volt o similar, pero resulta que no pude conseguir ninguno, el de menor voltaje es de 12 volt. Así que, con ese rele en mano, tenía que diseñar otro circuito simple que "amplificara" la señal del parlante para activar al rele. Obviamente caí en un transistor. De los conectores que salen de la fuente de alimentación (los que van a las disketera y discos rígidos) se puede obtener 12 v, y con eso activar el rele.

Cuando estaba midiendo la polaridad de la señal del parlante me lleve una desagradable sorpresa: yo pensaba que los 5v eran respecto a masa, pero resulta que es respecto al cable de +5v de la fuente. Eso obligaba conectar mi transistor usando los +5v como si fueran masa.

¿Y por que era tan desagradable esa sorpresa? porque ya no podía usar los +12v de la fuente para activar el rele porque esos 12v son respecto de masa. Si tomamos entre +12v y +5v obtenemos, obviamente, +7v los que no son suficientes para activar el rele.

Midiendo todos los cables de alimentación que salen de la fuente y van al matherboard encontré que la fuente también manda -12v y -5v. Así que decidí usar esos -5v como tensión para el circuito, que con respecto a los +5v me dan 10v, los que sí alcanzan para hacer activar al rele. No me convencía la idea de tener que hacer un empalme, pero no veía otra solución. El cable con los -5v es el de color blanco.

Si mandaba directamente la señal del parlante al transistor corría el riesgo de quemarlo, por lo que había que usar algo que disminuyera la corriente. En vez de una resistencia se me ocurrió usar un LED, de forma tal que no solo sirva como resistencia sino que también nos diera una indicación visual de la activación del circuito.

En esta imagen puede ver el esquema del circuito electrónico. El borne de -5v debe ir al cable blanco que sale de la fuente de alimentación. El borne de +5v debe ir a cualquier cable rojo que sale de la fuente. El borne que dice 1 debe ir conectado al borne 1 del speaker del matherboard. Si el mather no tiene marcado cual es el 1 y cual el 4 prueben uno de los dos. Si no funciona es, obviamente, el otro. No hay riesgos de quemar nada porque el borne 4 es +5v, que es el cable rojo de la fuente de alimentación.

Sin bien se podría conectar el borne +5v al borne 4 del speaker eso no es recomendable ya que el rele usa sus buenos 30 mA (miliamper) para activarse, y no se si el circuito del mather soportaría esa corriente.

Bien, los contactos del relé se usan como "llave" para activar el timbre. Es muy interesante observar que no tiene por qué ser un timbre, puede ser cualquier cosa que uso desee: luces, equipos de música, otra computadora, etc. Incluso no tiene por qué ser de 220, puede ser de cualquier voltaje o corriente que pueda soportar el rele.

Al principio tuve dos problemas:

1) el circuito original incluía un capacitor ya que al relé le llegaban los 10v en forma alterna, y el mismo no se activaba. Con el capacitor y el led (usando al led como diodo) lograba transformar una señal alterna en un "seudo" continua (como hacen las fuentes de alimentación: rectifican la señal y el capacitor mantiene la carga hasta el próximo ciclo).

2) cualquier beep de la computadora, incluido el beep que hace la máquina cuando prende, hacía sonar el timbre del colegio. Y eso ocurría cada vez que, queriendo o sin querer, la computadora se reseteaba: un corte de luz, un cambio necesario en el hard de la máquina, un alumno "juguetón", etc.

Un día comencé a probar el mismo circuito pero con distintas frecuencias, y resulta que con una frecuencia de 10000 hz (diez mil herz) el relé se activaba sin necesidad del capacitor (supongo que a esa frecuencia la inercia de la parte mecánica actúa como si fuera un capacitor, o tal vez el bobinado de relé "junte" la carga suficiente como para activarse).

De esa forma, quitando el capacitor y mandando beep de 10Khz arreglaba los dos problemas comentados, ya que los beep normales de la computadora (por ejemplo el que hace cuando se prende) son de 500 hz, y a esa frecuencia el relé no se activa.

Bueno, hasta acá la explicación. Perdón si no fue muy clara o si es muy larga. Cualquier comentario me lo pueden hacer llegar por mail. Muchas gracias.

 

TRIAC

Los triacs son dispositivos semiconductores electrónicos del tipo tiristor, aptos para manejar

potencias medias o elevadas.

Los triacs poseen tres terminales, el terminal principal 1 o MT1 (Main Terminal 1), el terminal principal 2 o MT2 (Main Terminal 2), y la compuerta (gate).

El funcionamiento es similar al de los SCRs, pero su funcionamiento se repite para cualquier polaridad de los terminales principales (los SCRs, sólo funcionan si el ánodo es positivo respecto del cátodo).

En corriente alterna, una vez disparado, se apaga al pasar la línea por el valor de cero tensión, por lo cual el ángulo de conducción (y por ende la potencia sobre la carga) depende del instante en que se activa la compuerta en cada semiciclo de la línea.

Estos dispositivos se utilizan para control de potencia de iluminación, motores o calefactores en corriente alterna, permitiendo ángulos de conducción desde cero hasta prácticamente 360 grados, con lo cual permiten el control de la potencia entregada a la carga entre cero y 100% .

 

TRANSISTOR

Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente de control, mucho menor.

El primer transistor se creó en los laboratorios Bell (Estados Unidos de N.A.) en 1947, partiendo de una oblea de germanio, gracias a los trabajos de William Shockley, John Bardeen, y Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel.

En el año 1954, la firma Texas Instruments de Estados Unidos, fabricó el primer transistor de silicio, lo cual bajó los costos y permitió, gracias a nuevas técnicas de fabricación, su comercialización a gran escala.

Han reemplazado en la mayoría de las aplicaciones a los tubos ó válvulas electrónicas, en los circuitos de radio, audio, etc. permitiendo la fabricación de equipos portátiles e inmunes a vibraciones y de bajo consumo de energía (en los primeros tiempos se llamaba a los equipos transistorizados de "estado sólido" o "frios").

La fabricación de varios de estos dispositivos conectados en diversas configuraciones en una misma

oblea de silicio, permitió crear los circuitos integrados o chips, base de todos los aparatos electrónicos modernos.

Conectados de manera apropiada, permite amplificar señales muy débiles, convertir energía, encender o apagar sistemas de elevada potencia, crear osciladores desde frecuencias bajas hasta frecuencias de radio, etc.

Según sea el orden de los materiales que forman las junturas, existen los transistores tipo NPN ó PNP, los cuales, en disposiciones circuitales apropiadas permiten crear una enorme cantidad de circuitos para diversos fines, ya que se complementan pues funcionan con sentidos opuestos de circulación de corriente.

En la actualidad, existen una gran variedad de transistores, de efecto de campo o FET (el electrodo de control actúa por medio de campo eléctrico), los tipo unijuntura, los MOS o de óxido metálico (variante de los FET), y otras variaciones como los VMOS (usados para controlar grandes potencias y tensiones), etc.

Existen una innumerable cantidad de diseños, especializados para alta potencia, bajo ruido eléctrico,

alta frecuencia, alta ganancia de corriente, alta tensión, aplicaciones de conmutación, etc.

 

FRECUENCIA

Es la cantidad de veces que un suceso dado se repite regularmente en una unidad de tiempo.

Los sucesos podrán ser ciclos, vibraciones, etc.

En electricidad, se llama frecuencia de una corriente alterna, a la cantidad de ciclos completos que ocurren en un segundo.

La frecuencia se mide en ciclos por segundo ó Hertz (Hz), ó en sus múltiplos los kilociclos por segundo (KHz), ó los megaciclos por segundo (MHz).

Los sonidos audibles están comprendidos entre los 20 Hz (sonidos graves) y los 20 KHz (sonidos agusdos), frecuencias conocidas como de audio ó audiofrecuencias, a las frecuencias superiores, desde los 20 KHz hasta varios miles de Mhz ó GigaHertz (GHz) constituyen las frecuencias de radio ó radiofrecuencias.

La frecuencia se mide con un instrumento llamado frecuencímetro.

Se conoce como "respuesta en frecuencia" a la variación de la atenuación ó amplificación de un circuito electrónico en función de la frecuencia.

 

LED (Light Emitting Diode)

Las lámparas LED (diodo emisor de luz) son dispositivos electrónicos de dos terminales utilizados para emitir luz al circular una determinada corriente.

Eléctricamente son diodos, es decir que, a diferencia de una lámpara común, tienen un único sentido de circulación de corriente y además no siguen la ley de Ohm, ya que la caída de potencial (entre 1,5 y 1,9 voltios) es prácticamente constante con grandes variaciones de corriente.

La luz emitida por dichos dispositivos puede ser de diferentes colores visibles (rojo, naranja, amarillo o verde) o no visibles (infra-rojos).

Normalmente poseen una juntura semiconductora encapsulada en una resina plástica transparente o

coloreada que al ser atravesada por una corriente eléctrica, transforma los electrones libres en fotones, que componen la luz emitida.

El semiconductor mas difundido para esta aplicación es el arseniuro de Galio (GaAs).

La juntura semiconductora está soldada sobre una superficie metálica reflectora, y en el foco de una lente formada por la superficie curva del encapsulado transparente una gran ventaja de estos dispositivos es su larga vida útil y su alta velocidad de respuesta (baja inercia).

 

RELÉ

Son dispositivos electromecánicos que permiten cerrar o abrir un contacto conectado a un circuito por la acción de un electroimán que está conectado a otro circuito, de control.

Existen relés para manejar altas corrientes y/o altas tensiones por medio de señales de control de muy bajas tensiones y/o corrientes.

Además de los relés de potencia, existen relés llamados de comando o de señal, los cuales se utilizan

para hacer operaciones de lógica eléctrica en tableros eléctricos de máquinas, o en telefonía, o controles de semáforos, etc.

Estos relés por lo general tienen varios grupos de contactos asociados que cambian de estado al circular corriente por la bobina del electroimán, pudiendo los contactos estar abiertos o cerrados cuando no circula corriente, lo cual se conoce en el comercialmente como "normal abierto" o "normal cerrado", llamándose "normal" al estado sin corriente en la bobina.

Existen diversas tecnologías para la fabricación de los relés, según sean las prioridades de la velocidad de conmutación, la duración de los contactos (en algunos casos son cambiables), el consumo de potencia al estar activo, la vida útil general, etc.

Hay relés que tienen dos bobinados, de set y reset, memorizando el estado aun con ambos bobinados desenergizados, conocidos como relés tipo latch o relés con memoria, los cuales son muy útiles cuando se desea que no se pierda el estado de las maniobras eléctricas al quitar la energía del equipo.

También hay relés electrónicos que permiten activar cargas de alta potencia con señales de control muy débiles, apropiados para ser manejados por circuitos digitales.

Estos relés tienen la ventaja adicional de permitir "cruce por cero", es decir activación cuando la tensión alterna pasa por cero, para evitar conmutar potencias elevadas y la producción de sobretensiones o sobrecorrientes transitorias elevadas.

Otras ventajas son la aislación total de los circuitos de comando y de potencia pues se comunican mediante un haz de luz, y su gran vida útil.

Algunas desventajas de estos dispositivos, es que son solamente normal abiertos, manejan un solo

circuito por dispositivo, y son mas costosos que sus pares electromecánicos.