I. Antecedentes de Controladores

UNIVERSIDAD DE CHILE
Controlador
CONTENIDOS
CONTENIDOS
1
RESUMEN EJECUTIVO
2
INTRODUCCIÓN
3
I.
II.
3
3
OBJETIVOS DEL INFORME
ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO
I. ANTECEDENTES DE CONTROLADORES
4
1. CONTROLADORES DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
2. TECNOLOGÍAS DE CONVERSORES DE DC-DC
2.1. CONTROL CON RESISTENCIAS
2.2. CONFIGURACIONES DE BATERÍAS
3. CONTROL EN BASE A SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
3.1. CONVERTIDORES DC- DC REGULADOS EN MODO DE CONMUTACIÓN.
3.2. CONVERTIDOR REDUCTOR ( BUCK ).
4
5
5
6
7
10
11
II. CARACTERÍSTICA DE FUNCIONAMIENTO
13
1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL CONTROLADOR PROPUESTO
EXPLICACIÓN DEL ESQUEMA DEL CONTROLADOR:
2. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS ELEMENTOS PRINCIPALES
I. DISPOSITIVO DE SWITCHEO (IBGT)
II. MODULADOR POR AMPLITUD DE PULSO (PWM)
4. CIRCUITO DE POTENCIA
5. CIRCUITO DE CONTROL
13
13
16
16
18
20
20
III. DIMENSIONES Y PRESENTACIÓN
22
IV. MANTENIMIENTO Y DETECCIÓN DE FALLAS
25
V. COMENTARIOS
26
1
Electrónica de Potencia EM722
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RESUMEN EJECUTIVO
El presente documento corresponde a la fase B del Proyecto “Auto Eléctrico” del curso
Electrónica de Potencia del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de
Chile. En esta fase se presenta el diseño del controlador a utilizar en el auto.
El proyecto se centra en desarrollar un manual que facilite la comprensión y el
entendimiento al usuario del controlador.
Las principales aportes de este documento se resumen en los siguientes puntos:

Se presenta un resumen del estado del arte referido a los controladores aplicados
a motores de corrientes continua (fase A).

Se describe por medio de un diagrama de bloque las funciones que desarrollara
el controlador y las posibles situaciones de falla.

Se presentan los antecedentes técnicos de los dispositivos más relevantes del
controlador.

Se presenta los esquemáticos de los circuitos de potencia y control que
compondrán el controlador. Del mismo modo se desarrollo un diagrama de la
estructura física del controlador (con sus dimensiones).

Se propone una señalización para los borne del controlador y se recomienda que
el controlador sea de color negro, ya que facilita la disipación de calor desde su
interior.

Se discute la mantención y la vida útil presupuestada para el controlador.
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Electrónica de Potencia EM722
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Controlador
Introducción
El presente documento entrega la propuesta de diseño del controlador del motor de
corriente continua. Corresponde a la fase B del proyecto denominado “Auto Eléctrico” del
curso Electrónica de Potencia (EM722).
i.
Objetivos del Informe
El objetivo general del proyecto es diseñar y construir durante un semestre un auto eléctrico
a partir de un automóvil convencional.
Por este motivo los integrantes del proyecto dividieron el trabajo en 5 investigaciones
temáticas, siendo uno de estos temas el diseño de un controlador para un motor DC,
aplicable en primera instancia a un auto eléctrico.
Se entregaran las propuestas de diseño y la justificación del mismo.
Además se pretende generar un manual de usuario del controlador.
ii.
Estructura del Documento
El documento cuenta con cuatro secciones temáticas, la primera de ellas corresponde a los
antecedentes recopilados en la fase A del proyecto.
El segundo capítulo, corresponde a las características de funcionamiento del controlador,
dentro de esté se detallan los circuitos más relevantes del controlador. El tercer capítulo
corresponde a la propuesta de dimensiones físicas que tendrá el controlador. Finalmente se
presenta en el ultimo capítulo las recomendaciones de mantención y detección de fallas.
3
Electrónica de Potencia EM722
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I.
Controlador
Antecedentes de Controladores
1.
Controladores de motores de Corriente Continua
La necesidad de disponer de controladores para motores de corriente continua radica
principalmente en que se desea tener acceso a distintos valores de las variables mecánicas
por medio de la alimentación, por ejemplo la velocidad o torque del motor, asimismo como
la potencia que se ejerce en el eje.
Básicamente la tensión que se requiere para la alimentación de un motor de corriente
continua puede ser obtenida directamente de una fuente continua de voltaje, para lo cual se
debe disponer de un variador de tensión (controlador) para poder modificar la tensión de
armadura del motor, que permitirá la velocidad del rotor dentro del rango de velocidad
base, por otro lado, la tensión de armadura que es aplicada a al motor puede ser obtenida de
una red de corriente alterna, mediante un rectificador controlado para poder variar la
tensión de armadura.
El esquema de control asociado a un motor de corriente continua es el que se entrega en el
siguiente diagrama:
Figura Nº6: Esquema de control del motor DC
En el esquema se visualiza que la alimentación del motor de corriente continua, a través de
la red de corriente alterna puede realizarse utilizando un rectificador no controlado
mediante el uso de diodos o a través de rectificadores controlados para los cuales se utilizan
Tiristores, GTO, Mosfet, IGBT, etc.
En el caso del proyecto desarrollado en el curso, que corresponde al diseño de un automóvil
eléctrico, el cual dispondrá de alimentación en corriente directa desde las baterías dispuesta
para este propósito, por lo que el estudio del control del motor será basado en convertidores
DC-DC.
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2.
Controlador
Tecnologías de conversores de DC-DC
A continuación se presentarán distintas configuraciones para realizar el control de un motor
de corriente continua
2.1.
Control con Resistencias
Éste método utiliza una resistencia variable entre la batería y el motor. En la práctica esta
resistencia es variada por muchas combinaciones de resistencias en serie y/o en paralelo,
resultando cambios discretos en los valores de la resistencia. Las combinaciones de
resistencias son obtenidas por la operación de contactores asociados a cada resistencia.
Los contactores peden ser activados por sensores de velocidad del motor o pueden ser
operados manualmente.
En la figura Nº7 se muestran dos esquemas de resistencia variable
(a)
(b)
Figura Nº7: Control de resistencia (a) sólo de armadura y (b) armadura y campo del motor
En las siguientes tablas se presentan las condiciones de operación para cada configuración
de los circuitos de alimentación del motor
Tabla Nº1: correspondiente a la figura 7 (a ) de control de resistencia de armadura
Contactor
A
B
C
D
CONDICIÓN DE OPERACIÓN
Apagado Lento
Rápido
O
C
O O
O
O
O
C O
O
O
O
O C
O
O
O
O O
C
O: Abierto
C: Cerrado
Tabla Nº2: correspondiente a la figura 7 (b) de control de resistencia de campo y armadura
5
Electrónica de Potencia EM722
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Controlador
Condición de operación
Contactor
Apagado
Lento
A
O
O
O
O
O
O
O
Rápido
C
B
O
O
O
O
O
O
C
O
C
O
O
O
O
O
C
O
O
D
O
C
C
C
C
O
O
O
E
O
C
O
O
O
O
O
O
F
O
O
C
O
O
O
O
O
G
O
O
O
C
O
O
O
O
H
O
O
O
O
C
C
C
C
O: Abierto
C: Cerrado
Aunque el control resistivo es simple y barato, este método es altamente ineficiente debido
a las pérdidas en las resistencias y no provee un control continuo sobre el motor. Además
los cambios discretos de resistencias produce un movimiento brusco del vehículo.
2.2.
Configuraciones de baterías
Un conjunto de baterías puede ser conectadas en diferentes combinaciones (serie y
paralelo), resultando múltiples escalones de tensión hasta el máximo disponible cuando
todas las baterías están conectadas en serie.
En la figura Nº8 se muestran dos esquemas de combinación de baterías, en cada uno de
estos sistemas la tensión cambia en valores discretos múltiplos de la tensión de cada
batería.
CONDICIÓN DE OPERACIÓN
Contactor
Apagado
Paralelo
Serie
A
O
O
C
B
O
C
O
C
O
C
O
(a)
(b)
Figura Nº8: Esquemas de control por configuración de baterías
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Este método no tiene la desventaja de producir pérdidas como el control resistivo, pero el
cambio de las configuraciones de las baterías para valores discretos produce movimientos
bruscos en el vehículo.
3.
Control en base a Semiconductores de Potencia
El control mediante dispositivos de potencia de estado sólido, ofrece el método más
práctico, confiable y eficaz de control de motores. Los dispositivos de estado sólido
normalmente usados en el control de motores son, transistores de poder y tiristores (o
SCRs).
Las diferencias principales entre los dos son que el transistor requiere una señal
continua durante la conducción, en cambio el tiristor necesita sólo un pulso para comenzar
a conducir; además el transistor entra en corte cuando la señal se hace nula, y el tiristor se
apaga cuando la corriente que pasa por él es reducida a cero o cuando se le aplica un
voltaje de polaridad inversa.
La utilización de semiconductores de potencia en convertidores DC-DC
como control electrónico es el más comúnmente usado en vehículos eléctricos. En
principio, un convertidor DC-DC es un interruptor de apagado / encendido que
conecta y desconecta la carga de la batería (o fuente DC), así se produce un voltaje
recortado por la carga.
Figura Nº9: Convertidor DC-DC de modo switch
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Simbólicamente, un convertidor DC-DC se puede representar como se muestra en la
figura 9(a) .Un circuito convertidor DC-DC básico se muestra en figura 9(b), en este
circuito, cuando el tiristor no conduce, la corriente de carga fluye a través del diodo de
marcha libre D.
Queda claro que el voltaje medio por la carga, VO, está dado por:
 tON
V0  
 tON  tOFF

t 
Vb   ON Vb  DVb
 T 

(9)
Donde T es conocido como periodo de pulsación y D es el ciclo de trabajo del convertidor
DC-DC. Se puede variar el ciclo de trabajo desde 0 hasta 1 si se varía tON, T o bien ambos.
Por lo tanto, al controlar D se puede variar el voltaje de salida V0 desde 0 hasta Vb, y se
puede controlar el flujo de potencia.
Figura Nº10: Convertidor DC-DC de modo switch
Como se mencionó, existen tres maneras en las que el voltaje de salida puede
variarse, estas se ilustran en la figura Nº 10. En el primer método (figura 10(a)), la
frecuencia de pulsación T se mantiene constante y el ancho del pulso (en el tiempo tON) es
variado, este método es conocido como control de modulación por ancho de pulso (PWM).
El segundo método, es llamado modulación por frecuencia, y en el se mantiene
constante tON o tOF variando el periodo de pulsación T, como se muestra en la figura 10(b).
8
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El tercer método consiste en la combinación de los dos anteriores obteniéndose
modulación por ancho de pulso y modulación por frecuencia, (figura 10(c)).
En el método de modulación por frecuencia, la frecuencia no debe disminuirse a un
valor que pueda causar un efecto pulsante o una corriente de armadura discontinua, al
mismo tiempo no debe aumentarse a un valor tan alto como para producir pérdidas
excesivas de switching. Este tipo de control genera además armónicas no predecibles y el
diseño del filtro resulta difícil.
Figura Nº 11: Convertidores DC-DC de modo switch
Se muestran varias configuraciones de convertidores DC-DC en la figura Nº 11.
El primer esquema que se muestra en la figura, se denomina convertidor de primer
cuadrante. Tanto el voltaje como la corriente de carga son positivos, lo que es equivalente a
mencionar que la potencia fluye hacia la carga. Con este convertidor de bajada es posible
variar la tensión de control desde V0=Vb hasta V0=0. Es de utilidad para controlar el motor
del automóvil en el cual no se considere frenado regenerativo.
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El segundo convertidor, también es conocido como convertidor de un cuadrante y
regenerativo, la potencia fluye desde la carga hacia la fuente. Esta configuración es
conveniente para el frenado regenerativo.
Los convertidores A y B de dos cuadrantes, se pueden utilizar para controlar la
maquina DC como motor y generador.
Finalmente, en el convertidor de cuatro cuadrantes tanto VO como IO son
reversibles, este tipo de convertidor puede ser diseñado utilizando los convertidores
anteriores.
3.1.
Convertidores DC- DC regulados en modo de conmutación.
Los convertidores de DC se pueden utilizar como reguladores en modo de
conmutación para convertir un voltaje de DC, por lo general no regulado, a un voltaje de
salida de cd regulado.
La regulación se consigue por lo general mediante la modulación del ancho de pulso
a una frecuencia fija, y el dispositivo de conmutación por lo regular es un BJT, MOSFET o
IGBT de potencia. Los elementos de los reguladores en modo de conmutación se muestran
en la figura 12(a). Podemos observar en la figura 12(b), que la salida de los pulsadores de
CD con carga resistiva es discontinua y que contiene armónicas. El contenido de la
componente ondulatoria normalmente se reduce mediante un filtro LC.
Los reguladores conmutados están disponibles en forma comercial como circuitos
integrados. El diseñador puede seleccionar la frecuencia de conmutación escogiendo los
valores de R y C del oscilador de frecuencia. Como regla práctica, a fin de maximizar la
eficiencia, el período mínimo del oscilador debe ser aproximadamente cien veces mayor
que el tiempo de conmutación del transistor; por ejemplo, si el transistor tiene un tiempo de
conmutación de 0.5 [s], el período del oscilador debe ser de 50 [s], lo que nos da una
frecuencia máxima del oscilador de 20 [kHz]. Esta limitación se debe a las pérdidas por
conmutación en el transistor, mismas que se incrementan con la frecuencia de conmutación,
como resultado, la eficiencia se reduce.
Además, las perdidas de los inductores limitan la operación en alta frecuencia. El
voltaje de control VC se obtiene al comparar el voltaje de salida con su valor deseado. VC
puede compararse con un voltaje diente de sierra vr, para generar la señal de control PWM
para el convertidor de CD.
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Existen cuatro topologías
reguladores conmutados.
Controlador
básicas
para
los
a.- Convertidor reductor (Buck)
b.- Convertidor elevador (Boost)
c.- Convertidor reductor-elevador (Buck-Boost)
d.- Convertidor de Cúk.
Figura Nº 12:
El convertidor propuesto en este trabajo, para controlar el motor DC del automóvil
es el convertidor reductor (Buck).
3.2.
Convertidor Reductor ( Buck ).
El esquema general de un convertidor Buck, es el que se presenta en la figura
Figura Nº 13:
Para diseñar este convertidor, se deberá especificar :





La inductancia
El condensador
El diodo
El dispositivo de conmutación
El controlador PWM
11
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Controlador
En base al esquema anterior, se propone utilizar el controlador
implementado con un convertidor Buck, presenta el siguiente esquema.
TL497A, el cual
Figura Nº 14:
Ecuaciones de diseño
I PK  2 I O max
L( H ) 
Vi  Vo
t ON ( s )
I PK
CT ( pF )  12t ON ( s )
(10)
R1  (Vo  1.2) k
0 .5
RCL 
I PK
CO 
Si consideramos I0 = 225
VI = 120
tON = 40
Vrpp = 2
I PK T
8VRPP
[A]
[V]
[s]
[V]
Entonces los valores de las componentes son:
L = 10.67 [H]
CO = 1500 [F]
El diodo tendrá que ser de voltaje inverso = 120 [V] y corriente 225 [A].
Análogamente el tiristor, el cual será un IGBT.
Se debe señalar que el diseño no está completo, pues es necesario aislar el controlador del
circuito de potencia.
12
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II.
Controlador
Característica de Funcionamiento
Dadas las características del motor, las características de las baterías y las conclusiones
obtenidas después de realizar la fase A del proyecto lograron definir prácticamente la
totalidad de las especificaciones que debía tener el controlador. Se debe mencionar que en
esta segunda parte del proyecto se ha contado con la experiencia aportada por el personal
de la empresa ROMI que se encargo de diseñar el cargador de baterías.
1.
Diagrama de Bloques del Controlador Propuesto
Explicación del esquema del controlador:
1) Estímulos del conductor (módulos color azul):
a) Encendido: señal que pone en operación el vehículo y el controlador.
b) Acelerador: señal de referencia para el controlador (debe ser filtrada).
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2) Sensores (módulos color rojo):
a) Sensor de carga de baterías: mide el voltaje de las baterías como indicador
de carga.
b) Sensor de temperatura del controlador.
c) Sensor de temperatura del motor.
d) Sensor de RPM.
e) Sensor de corriente en el motor (la señal debe ser filtrada).
3) Filtros (módulos color celeste):
a) Filtro pasabajos 1: sirve para eliminar ruido de alta frecuencia superpuesto a
la señal del acelerador. La frecuencia de corte debe ser tal que no anule
pequeñas variaciones en el set point.
b) Filtro pasabajos 2: debe dejar pasar la componente continua de la corriente
del motor.
4) Señales al conductor (módulos color verde): Deben ser visibles desde el panel del
conductor.
a) Señal de motor encendido.
b) Señal de alarma: led rojo se enciende si el sistema presenta alguna falla.
c) Señal de sobre-temperatura del motor: led rojo se enciende si la temperatura
del motor excede los límites permitidos.
d) Señal de sobre-temperatura del controlador: led rojo se enciende si la
temperatura del controlador excede los límites permitidos.
e) Medida de voltaje: indicador de carga de las baterías. Señal de lectura
analógica (aguja) o digital.
f) Medida de corriente: Señal de lectura analógica (aguja) o digital.
g) Medida de revoluciones: Señal de lectura analógica (aguja) o digital.
5) Módulo de “Verificación del Sistema”: Verifica condiciones de operación y detecta
fallas en el sistema.
a) Correcto estado del acelerador.
b) Estado de las baterías.
c) Temperatura del motor.
d) Temperatura del controlador.
En los casos b, c y d si se detecta alguna alteración de las variables, como primera
medida se enciende el led rojo en el panel de control para advertir al conductor de
condiciones anormales, si la anormalidad persiste y existe peligro de daño del vehículo
entonces debe enviarse una señal supresora del disparo de los IGBT’s de modo de dejar el
motor sin alimentación.
En el caso de la verificación del estado del acelerador, si se produce una falla el
controlador debe enviar inmediatamente la señal supresora de disparo y después la
correspondiente indicación al conductor.
Esta medida es por motivo de seguridad del conductor, ya que si la falla deja al
potenciómetro con una señal de “aceleración mínima” el motor queda operando en una
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región segura, sin embargo en el caso de una falla en que el acelerador quede en estado de
“aceleración máxima” la velocidad aumenta y consiguientemente el riesgo de accidentes.
6) Módulo de “Disparo”: Incluye C.I. 2525 y los circuitos apropiados para disparar
los IGBT’s (amplificación de señal, aislamiento por optocuplas, etc).
La señal de entrada del módulo es la señal de referencia que requiere el C.I.2525
para comparar con una señal diente de sierra y generar la modulación por ancho de
pulso.
7) Módulo “Generador de referencia”: Una vez que el módulo de “verificación del
sistema” comprueba que el sistema está libre de fallas, debe generarse la referencia
que constituye la entrada del módulo de “disparo”, para ello deben considerarse
como entradas:
a) Señal de corriente del acelerador (previamente filtrada).
b) Señal de corriente del motor (previamente filtrada).
c) Señal de revoluciones de motor.
La señal de corriente del acelerador debe ser convenientemente escalada de modo
de:
Si la señal de aceleración es nula (el pedal no es presionado) el modulo debe
establecer un estado de “aceleración mínima” en el cual el motor recibe una
corriente que mantiene las RPM cercanas a 1000.
Si la señal de aceleración es máxima (pedal completamente presionado) el
módulo debe establecer una corriente máxima de 500 amperes de modo de
no sobrepasar la capacidad de corriente del motor.
En el caso de la señal de corriente del motor, ésta debe ser convenientemente
escalada de modo de considerar la conversión del sensor y quedar en el mismo
rango de la señal de corriente que proviene del acelerador (deben ser comparables
para generar una señal de error).
El módulo “generador de referencia” debe considerar:
Un rango de revoluciones entre 0 y 5000 RPM que opera el motor.
El estado de “aceleración mínima” debe tener un retardo al actuar para evitar
que al hacer cambio de marcha el motor se desacelere bruscamente.
En el caso en que el motor esté sin carga (neutro) se debe evitar que el motor
se embale.
La aceleración y desaceleración deben realizarse con un gradiente para
evitar cambios bruscos en la velocidad del motor (gradiente de mayor
pendiente en el caso de la desaceleración).
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2.
Controlador
Características Técnicas de los Elementos Principales
Dentro del controlador destacan dos dispositivos, ellos son: los IGBT’s, de marca Toshiba,
modelo MG500Q1US11 y el modulador por amplitud de pulso (PWM) modelo genérico
SG3525.
i.
Dispositivo de Switcheo (IBGT)
Los transistores IGBT o transistores de base aislada son la mejor solución del momento en
electrónica de potencia, nos permiten alta velocidad de conmutación, altas corrientes y
bajas perdidas. En los últimos años su tecnología a avanzado mucho por lo que a
desplazado a los transistores darlington y scr´s de alta velocidad.
Estructura del IGBT
La estructura de los IGBT de canal N es similar al de un MOSFET de potencia.
La principal diferencia es la presencia de la capa p+ la cual forma el drenaje del
IGBT, esta capa forma una unión pn la cual inyecta portadores minoritarios en la
estructura.
Son dispositivos controlados por voltaje.
Combina las ventajas de BJT y MOSFET.
Tiene alta impedancia de entrada igual que los MOSFET.
Son dispositivos que poseen bajas perdidas de conducción en estado a activo igual
que los BJT.
La resistencia equivalente drenaje-fuente, se controla para que se comporte como un
BJT.
Tiene bajas perdidas de conducción en estado activo igual que los BJT.
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El
rendimiento y comportamiento de un IGBT es más cercano al BJT que al
MOSFET.
Son más rápidos que lo BJT pero no tan rápidos que los MOSFET.
Pueden llegar a los 800 A, como a 1700 volts y frecuencias de conmutación de 20
kHz.
El Circuito equivalente del IGBT utilizado es el siguiente:
Dimensiones Físicas del IGBT a utilizar
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Características eléctricas a 25°C
Para más antecedentes revisar el DataSheet anexado.
Se estima que el rango de frecuencia para la operación del IGBT estará entre 5 y 15 KHz y
durante su funcionamiento no debiera superar los 60°C.
Para que el dispositivo no tenga un encendido lento debe ser disparado con una corriente
“alta”.
ii.
Modulador por amplitud de pulso (PWM)
Si bien es cierto, el bloque que realiza la modulación por amplitud de pulso es de gran
importancia dentro del controlador, aun no se ha definido con total certeza el dispositivo a
utilizar para tal función. Sin embargo, se ha propuesto la utilización del SG3525.
A continuación se presentan algunas de sus principales características:
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4.
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Circuito de Potencia
A continuación se presenta el circuito de potencia, tal como se apreciaba en el diagrama de
bloques, formado por los IGBT’s, el motor y la alimentación proveniente del las baterías.
Este circuito cuenta con una resistencia shunt (60mV equivale a 500A), por medio de la
cual se censará la corriente que circula por el motor, esta medición se realimenta al circuito
de control.
Se debe mencionar que las tierras indicadas pueden corresponder al chasis del auto o a
referencias aun no definidas.
Como no se usan IGBT’s en conexión puente, el apagado puede ser más lento que cuando
se ocupa esta conexión. Por este motivo se utilizara en el disparo una referencia flotante
aun no definida.
Esta figura se puede apreciar de mejor manera en los planos anexados al presente informe.
5.
Circuito de Control
El circuito de control esta compuesto principalmente por los siguientes elementos:
Señales de Corriente:
El controlador cuneta con dos señales de corriente, una proveniente del motor y la otra
proveniente del acelerador, con respecto a esta ultima, se genera a partir de un
potenciómetro accesible y manipulable, es en este potenciómetro donde se fijara la
velocidad mínima del motor (asociada a una corriente mínima).
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Señal de Voltaje:
Esta señal se representa la velocidad del motor, la cual es censada mediante un tacómetro y
luego convertida e una referencia de voltaje por medio de un conversor f/v.
Estas señales se acumulan y procesan con un controlador PI, la señal generada en este
bloque controlara el bloque PWM.
Este ultimo bloque también cuenta con una señal inhibidora que detiene el funcionamiento
del controlador, esta señal proviene del muestreo de la temperatura del motor, es decir, si la
temperatura excede de cierto limite el controlador dejara de funcionar. El conductor será
advertido de un exceso de temperatura antes de que el controlador deje de funcionar.
A la salida del bloque PWM sale una señal lógica que activa el dispositivo disparador.
A continuación se presentan los circuitos indicados y para mayor detalle se recomienda ver
los planos anexados.
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III. Dimensiones y Presentación
La presentación definitiva del controlador aun no se ha definido, sin embargo, a priori se
sabe que se encontrara sellado por medio de una cubierta de aluminio que cumple la
función de dispar la temperatura que se este generando al interior de esté.
Contará con borneras de alta tensión (3) destinad a interconectar el motor, las baterías y el
controlador.
Bornes de Potencia
(+) Baterías y Motor
(-) Motor
Chasis
Bornes diseñados para 500 Volts y 500 amps.
Además contará con baterías de baja tensión utilizadas para recibir tanto las señales de los
sensores y los estímulos del conductor.
Bornes de Baja Potencia
(+) 12 Volts
(-) 12 Volts
Lógica de
control
(+) Tacómetro
(-) Tacómetro
(+) Sensor Temp.
(-) Sensor Temp.
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Estímulos Conductor
(+) Acelerador
Cursor
Acelerador
(-) Acelerador
(+) Encendido
Encendido
(-) Encendido
Bornes diseñados para 5 Volts y 5 amps.
Los colores señalados son sólo una propuesta
Se considera que el interruptor de encendido, tendrá solo dos estados (on / off), es decir, se
eliminara el estado intermedio en que solo funcionan circuitos auxiliares.
El circuito de conexión del acelerador se diseñará de modo de evitar posibles errores en la
conexión, que pudieran generar estados erróneos, por ejemplo aceleración. El circuito
planteado es el siguientes:
Potenciómetro
El circuito de conexión a los bornes de potencia es el siguiente:
Fusible
Motor
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Dimensiones Físicas del Controlador y Layout
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IV. Mantenimiento y Detección de Fallas
Para el controlador no se ha previsto ningún tipo de mantención una vez sellada la cubierta
protectora, que tiene como finalidad proteger los circuitos del polvo, el agua y a la vez por
ser de aluminio sirve como superficie disipadora, se recomendó que esta cubierta sea
pintada de negro, para facilitar la disipación de calor desde el interior del controlador.
Como dato practico se estima que los IGBT’s tiene una vida útil no inferior a 5 años y se
considera que este es el elemento más sensible a fallas al interior del controlador. Sin
embargo, no es posible realizar mantención a estos elementos.
Dentro de los dispositivos externos al controlador se estima que los elementos más
susceptibles de sufrir fallas son los potenciómetros, es por esto que el controlador posee un
control integrador para eliminar los errores permanentes. Además en caso de falla grave
siempre queda la posibilidad de desconectar el encendido del motor, acción que dejara sin
alimentación la totalidad de los circuitos.
Por esto, se recomienda que los potenciómetros sean constantemente revisados.
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V.
Controlador
Comentarios
Se debe mencionar que el presenta trabajo correspondiente a la fase B del proyecto antes
mencionado busca explicar en forma básica el funcionamiento del dispositivo denominado
controlador.
El diseño presentado en este informe esta sujeto a mejoras y modificaciones factibles de ser
realizadas durante la construcción o bien durante la fase de pruebas del dispositivo. Sin
embargo se debe mencionar que la esencia del controlador deberá mantenerse y
corresponde a lo explicado en el presente documento.
En el informe se detallan los requerimientos presentados a la empresa fabricante del
controlador (diagrama de bloques), donde se detallaban los posibles casos de falla y las
acciones de control respectivas.
Con respecto a estas especificaciones se presenta la solución propuesta por la empresa
ROMI, la que se explica en forma detallada y además se presenta una buena aproximación
a los circuitos de potencia y control a utilizar. Junto con esto y gracias a la información
recopilada se determino a priori la estructura física que tendrá el controlador.
Se logro obtener el Datasheet de los IGBT’s adquiridos por ROMI, documento que se
encuentra anexado al informe.
Dada al configuración del control se presenta los elementos que hacen fácil la
interconexión con el grupo de baterías y el grupo de medidas ya que los parámetros más
relevantes son accesibles en la bornera del controlador.
No se puede recomendar aun la ubicación que tendrá el controlador dentro del auto, ya que
aun hay elementos indefinidos y externos al controlador. Además no se ha determinado
como se realizara la medida de revoluciones del motor y la temperatura de este.
A futuro queda abierta la posibilidad de modificar o cambiar el circuito de control
(analógico) por un circuito digital (microprocesador), en donde queda la posibilidad de
incluir más funciones. Es importante mencionar que el circuito de disparo, por la precisión
que requiere deberá mantenerse.
En el diseños de controlador no se considero ninguna posibilidad de frenado eléctrico por la
complejidad, los costos, el tiempo y principalmente porque se considero que una
implementación de este tipo no representaría un aporte significativo en el rendimiento del
auto.
Finalmente se debe mencionar que el presenta trabajo corresponde aun trabajo conjunto de
la empresa ROMI, la profesora auxiliar del curso y el grupo encargado del controlador.
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Electrónica de Potencia EM722
UNIVERSIDAD DE CHILE
Controlador
Anexo I
IGBT MG500Q1US1
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Electrónica de Potencia EM722
UNIVERSIDAD DE CHILE
Controlador
Anexo II
Planos
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Electrónica de Potencia EM722