Home

Ver/Abrir

Contents

1. Figura 6 33 Ventana para la adquisici n de datos del sistema muestra 1h 30 m 10 1 10 La ventana de adquisici n de datos se puede observar en la figura 6 33 Est compuesta por las caracter sticas del puerto Baudios Paridad de Bits y Bits de paridad adem s del n mero de puerto a utilizar Com4 Posee un bot n de comienzo de la adquisici n y uno de terminaci n por otra parte un indicador de tiempo de inactividad de trama enviada y recibida En la parte derecha de la ventana se puede observar un bot n deslizable que proporciona una escala de tiempo de muestra ajustable por el usuario Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 128 a Captura de datos YE Archivo Comunicaci n Web Acerca de E Grafico Tabla de Datos a Ass Muestra Variables en funci n del Tiempo TU E 5 UE EA 1 1 E Y TA a r mm To Un hM ximos i m Minimos m Promedio Muestras Regresi n Lineal Comente Motor Potencia Motor Frec Mec nica Veloc enel Eje Torque Motor Vin Baterias Vout Baterias recarga Bat Temp Bat 1 Temp Bat 2 Todas Figura 6 34 Ventana de graficacion de los datos adquiridos del sistema En la figura 6 34 se observa la ventana de graficacion de datos Estos datos se muestran tanto en forma
2. a irn E udi 32 2 3 4 Objetivos de implementaci n 32 CAPITULOS MARCOTEORICO uscite ac tt tede e 33 3 1 Descripci n del sistema a 33 3 2 Antecedentes 35 3 3 Descripci n de los principales principios f sicos y o electr nicos relacionados con la soluci n o gt Mee E M 37 3 3 1 Control de Voltaje del 250 te dee de das 37 3 9 2 GONtrOl usce a n ede 39 3 9 9 Control de Voltaje Y ETeGUetiCla us oes 42 3 9 4 Motores de Iman permanente ss eua te pese n Et ie 43 3 3 5 Control de lazo cerrado de motores s ncronos 44 9 9 0 dHVerSOFes Alias COS onus Deed tea cones 45 3 3 7 Reguladores En Modo de Conmutaci n 53 3 3 8 Sensado de alta tensi n y alta corriente 58 3 3 9 Caracter sticas de bater as plomo cido 61 CAPITULO 4 PROCEDIMIENTO 2 0040400000000 63 4 1 Reconocimiento y definici n del 63 4 2 Obtenci n y an lisis de 63 4 3 Evaluaci n de las alternativas y s ntesis de una
3. 44 Figura 3 8 Control volts hertz para motores s ncronos 44 Figura 3 9 Disparos por transistor voltajes de l nea y de fase respectivamente para 46 Figura 3 10 Circuitos equivalentes trif sico en estrella durante cada semiciclo a 180 47 Figura 3 11 Inversor trif sico con carga 49 Figura 3 13 Circuitos equivalentes trif sico en estrella durante cada semiciclo 120 52 Figura 3 14 Elementos de los reguladores modo conmutaci n 53 Figura 3 15 Regulador Reductor con i 55 Figura 3 16 Esquema de sensado de voltaje y corriente de 58 Figura 3 17 Curva caracter stica de carga de bater as de plomo 61 Figura 5 1 Distribuci n de pines de los microcontroladores del sistema inversor y cargador 70 Figura 5 16 Diagrama de flujo del control de velocidad a par constante 96 Figura 5 17 Diagrama de flujo de programa principal para la reversa y avance del motor 97 Figura 5 18 Diagrama de estados principal para la reversa y avance del motor 98 Figura 5 19 Diagrama de flujo del sub programa de avance del 99
4. 110 Simulaci n de fuentes de driver para la polarizaci n de IGBT s 111 Simulaci n de sensor de palanca de cambios a Sin filtro b Con filtro 112 Se al de activaci n de compuerta IGBT 1 PWM 2 regulador de voltaje 113 Se al de activaci n de compuerta 91 1 y 94 2 con PWM 114 Forma de onda de voltaje de l nea del Inversor Trif sico a 60V 114 Voltaje de fase 1 y fase 2 del inversor trif sico carga resistiva sin PWM 115 Voltaje de fase 1 y fase2 del inversor trif sico carga resistiva con PWM 115 Voltaje y corriente de fase en fase del inversor trif sico carga Inductiva Motor 116 Componentes arm nicos de voltaje de fase producido por el inversor y motor 116 Componentes arm nicos de Corriente de fase producido por el inversor y motor 117 Comparaci n Entrada 1 y Salida 2 del Max233 la transmisi n serie 117 R faga de datos de la comunicaci n serie transmisi n del microcontrolador PIC2 118 Se ales de control A canal 1 y B canal 2 del inversor monof sico 118 a Se al de control monof sica b Se al de potencia monofasico para las fuentes 119 Circuito convertidor CD CD implementado del proyecto 119 Conec
5. 64 4 4 Implementaci n de la 64 4 9 Reevaluation Y TECISCN Oia a 68 CAPITULO 5 DESCRIPCI N DETALLADA DE LA 69 5 1 An lisis de soluciones y selecci n 69 9 2 Descrpelonuel MANO WANS a 71 5 9 5 ad a e una cesses 96 5 3 1 Software para el sistema controlador polif sico 96 5 3 2 Software para el sistema cargador autom tico de 102 5 3 3 Software para la computadora personal 107 CAPITULO 6 AN LISIS DE 022 04400 109 6 1 Restltados de siMUlaci On at Pei das 109 6 2 Resultados experimentales de 113 6 3 Resultados experimentales de 126 64 Analisis de TesultadOS uico ut e Ebr Eq dum a ou Ded EU Nees 133 CAPITULO 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES sess 146 ICON CU SONES ELE 146 OM 148 A T D A 149 ARENDICE S Ese M dap em AR oid
6. 105 oin importar la carga el ctrica de la bater a en cualquier instante se toma una corriente de muestra y aplicando la ecuaci n deducida 2 2 se puede averiguar qu porcentaje de carga tiene la bater a en dicho instante por tanto se puede aplicar el control adecuado para la etapa En la figura 5 25 se puede observar el diagrama de flujo de la comunicaci n del sistema de control con la PC Este es accesado por interrupci n y se encarga de enviar los datos de los sensores en tiempo real a la PC conforme sta lo solicite Rutina Interupci n Comunicacion PC Responder a PC NO datos listos Respuesta PC lista a recibir tardia NO dato SI Mandar Datos SI Fin de Rutina de interupci n Figura 5 25 Diagrama de flujo de comunicaci n de sistema controlador 106 En la figura 5 25 el bloque condicional de respuesta tard a se establece como seguridad en el momento en que la PC se tarde en responder al sistema de control si est lista para recibir los datos debido a la posibilidad de un ciclo sin fin que paralice al sistema de control del veh culo 5 3 3 Software para la computadora personal PC Debido a las especificaciones y necesidad de monitorear el desemperio del sistema de control en diferentes condiciones de trabajo reales con el fin de futuras modificaciones en la figura 5 26 se muestra el diagrama de flujo
7. volantes de inercia ultracondensadores o bater as el ctricas El otro sistema est compuesto por la bater a el ctrica v los moto generadores instalados en las ruedas Existen dos diferentes formas de montar los dos sistemas la configuraci n en paralelo v la confiquraci n en serie CONFIGURACION EN PARALELO Esta cuenta con un tanque de combustible el cual alimenta al motor de gasolina Pero a su vez cuenta con un set de bater as que provee al motor el ctrico Ambos motores el el ctrico y el de gasolina pueden mover la transmisi n al mismo tiempo v esta mover las llantas En la figura se muestra una configuraci n t pica en paralelo de un auto h brido Notaras que el tanque de combustible y el motor a gasolina est n conectados a la transmisi n su vez las bater as y el motor el ctrico est n conectados a la transmisi n de forma independiente Como resultado en la configuraci n h brida paralela ambos motores proveen de propulsion al autom vil 212 CONFIGURACION EN SERIE En esta configuraci n el motor a gasolina mueve un generador el cual carga las bater as o alimenta al motor el ctrico que maneja la transmisi n del veh culo En este caso el motor a gasolina no mueve directamente al autom vil Motor a gasoline Generador Motor el ctrico Tanque de gasolina Transmisi n Como se muestra en el diagrama anterior empezando por el tanque de gasolina se puede observar como to
8. Ariela Fed ail ER Pele Figure a Dual Drive Driver s Console Drake Terie eter Bispakie Erie Shah If you ate operating a dual drive system and wish to test an individual UMOC motor system separately you must disconnect the 25 pin cable from the system not in use Otherwise if the disabled system is powered down or malfunctioning this will affect the working system through interaction between the two units via the 25 pin cables Installation 22 184 Operating the console with one system only will also affect pedal position response For any pedal adjustments or repairs be sure both 25 pin cables are connected Vehicle operation can become unpredictable or stop altogether Regarding 12 Volt Power for Console Dual drive systems will not function if 12 Volt power to the console is lost If both drive systems operate with a Solectria test box but neither drive operates with the console check the 12 volt power input to the console and also the inline fuse s Systems without proper UMOC or motor grounding will blow the fuse in the console in the following mannet If a 12 volt accessory is grounded to either the motor shell or UMOC case and either the motor or the UMOC is not grounded to the vehicle frame the only ground path for the 12 volt accessory will be through the ground of the 25 pin cable To return to vehicle grounding the ground current th
9. El w EE Ed Ed EE EET E EE E Fed 10 11 12 44 18 18 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Cronograma de actividades Tabla A 6 1 Mombre de Tarea Recopilaci n de Informaci n actual Evaluaci n de Alternativas de Dise o Dise o Investigaci n Bibliog fica sobre Circuitos de Potencia Dise o Investigacion Bibliog fica sobre Regulaci n de Velocidad en Motores Cotizaci n de Componentes de Potencia y Control Dise o Pruebas y Simulaciones Circuitos Potencia Dise o Pruebas y Simulaciones Control de Velocidad Dise o Investigaci n Bibliogr fica de M todos de Carga de Baterias Dise o Info De Control de Cargador de Bater as Actual Dise o Comparaci n M todos de Cargador de Baterias por medio de la simulaci n Realizar Pedido de todos las Componentes Programa Determinaci n de se ales a controlar Programa Probar Algoritmos actuales del Sistema Programa Comparaci n de Secuencias existentes y te ricas a desarrollar Porgrama Rutina de Comunicaci n PIC con la Implentaci n Control y potencia de Circuito Inversor Implentaci n Control y Potencia de Circuito de Cargador de Bater as Dise o e Implementaci n Dispositivos de Seguridad Traslacion a Impreso y Pruebas de Circuitos de Control Circuiter a de Control en Cajas Montaje Circuitos de Potencia y Alambrada en General valoraci n y Montaje del Table
10. Las sefiales de control o actuadores provenientes del sistema de control que regulan el voltaje y frecuencia por t cnica PWM de los campos el ctricos y magn ticos del motor para obtener velocidades variables a un par constante 20 Como salidas del circuito se tienen Se al de corriente de carga encargada de monitorizar la corriente de carga necesitada por el motor Tres senales de voltaje promedio encargados de monitorizar los voltajes de las fases del motor deben ser de los tres debido a que no es posible obtenerlo de un solo punto Se al de frecuencia o velocidad encargada de monitorizar las revoluciones del motor oalida de potencia para el cargador encargada de suministrar energ a al cargador de bater as cuando el motor se convierte en generador en un frenado regenerativo 21 1 2 1 2 Sistema de control digital En lo que respecta a las t cnica mencionadas el circuito de control digital permanece inalterado solo cambia su programaci n y la cantidad de senales de voltaje que se sensan En la figura 1 6 se observa el circuito electr nico de control digital que se encargar de controlar la velocidad a par constante dependiendo de las rdenes de mando frecuencia del motor voltaje y corriente del circuito de potencia ES a le Frecuencia 2 E o3 a Velocidad 282 js m lu HIS Nummi Mando Corriente de Baterias Aceleradar Freno Cambio de Potencia Neutro
11. Cronograma de actividades de Gantt b continuaci n primera parte 166 13 NDICE DE TABLAS Tabla 5 1 Comparaci n de m todos de control de circuiter a de potencia 69 Tabla 5 2 Secuencia de control para el inversor 83 Tabla 5 3 Resumen de los contactos y sensor para las posiciones de la palanca de cambios 95 Tabla A 4 1 Materiales necesarios para el proyecto baja potencia 161 Tabla A 4 2 Materiales necesarios para el proyecto Alta 163 Tabla A 5 1 Tabla de tareas 164 14 Capitulo 1 Introducci n A continuaci n se expondr la problem tica existente en la Nacional de Fuerza y Luz CNFL sobre los controladores existentes de c mo el alto costo de los controladores y cargadores de bater as para veh culos el ctricos y la poca o ninguna informaci n t cnica suministrada por los fabricantes dan la imposibilidad de realizar un adecuado mantenimiento que conlleva al poco inter s en la adquisici n de dicha tecnolog a en gran escala Adem s el lector podr encontrar la soluci n establecida la cual comprende el dise o completo local nunca antes establecido por la CNFL y que contribuir a avances posteriores 1 1 Problema existente e importancia de su soluci
12. Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 38 El voltaje del estator puede modificarse mediante 1 controladores trif sicos de voltaje en ca 2 inversores de enlace variable en cd alimentados por voltaje o 3 inversores PWM Sin embargo debido a los requisitos limitados del rango de velocidades por lo general para obtener el control del voltaje se utilizan los controladores de voltaje en ca Estos son muy sencillos Sin embargo el contenido arm nico es alto y el factor de potencia de entrada de los controladores es bajo Se utilizan principalmente en aplicaciones de baja potencia como ventiladores sopladores y bombas centr fugas en las que el par motor de arranque es bajo Tambi n se utilizan en el arranque de motores de inducci n de alta potencia a fin de limitar la corriente de arranque 3 3 2 Control por Frecuencia El par motor y la velocidad de los motores de inducci n pueden controlarse modificando la frecuencia de alimentaci n Podemos notar en la ecuaci n 3 3 que al voltaje y la frecuencia especificados el flujo tambi n es el valor especificado Si el voltaje se mantiene fijo en su valor especificado en tanto se reduce la frecuencia por de bajo de su valor el flujo aumenta Esto causa saturaci n del flujo del entrehierro y los par metros del motor no son v lidos en la determinaci n de las caracter sticas par motor velocidad A baja frecuencia las reactancias se reducen y la corriente
13. Power todas son marchas de avance a diferente potencia ubic ndose la posici n Reversa al otro lado de la selecci n y pasando primeramente por el valor de Neutro aspectos de seguridad El resultado pr ctico de dicha implementaci n y dise o logra la reducci n de la cantidad de se ales a sensar La seguridad por sobrecargas el ctricas fue implementada a trav s de fusibles calculados para algunos de los circuitos construidos que requieren de mayor protecci n puentes inversores monof sicos para fuentes de driver que lograron limitar las corrientes excesivas por otra parte la colocaci n de una resistencia en la entrada a los puentes inversores monof sicos limita a n m s la corriente dando la mayor protecci n y sin alterar los resultados deseados como se muestra en la figura 6 17 137 La seguridad en el aislamiento se logr por medio de papeles aislantes entre los componentes el ctricos y electr nicos que pudiesen hacer contacto por cortocircuito permitiendo a su vez en los componentes as requeridos componentes de potencia un acople t rmico con disipador pero no as acople el ctrico ver figura 6 20 por otra parte el aislamiento de las placas de circuitos impresos se logr mediante la colocaci n de tapones de hule que suspenden las pistas de la placa impresa aisl ndolas de las cajas met licas La disipaci n de calor de los circuitos de potencia se alcanza reutilizando los mismos disipadores de l
14. Se realizar el pedido de componentes necesarios para la implementaci n de todos los sistemas Para la programaci n de los circuitos de control de los sistemas de controlador inversor y cargador de bater as Se realizar una recopilaci n de la cantidad y forma de las se ales a controlar y sensar en ambos sistemas Se identificar por medio de diagramas de estado y bloques las secuencias existentes de control en ambos sistema Se cotejar con modelos te ricos si las secuencias programadas producen el efecto deseado en ambos sistemas 65 oe programar la rutina de comunicaci n que existir entre el sistema de controlador inversor con la PC Para la implementaci n f sica de los disenos de los sistemas oe construir en mesa de prueba utilizando Protoboard los circuitos de control adem s del ensamblaje del circuito de potencia del controlador inversor y se evaluar su funcionamiento con respecto al funcionamiento del sistema actual y control de motor sin carga por medio de un an lisis comparativo oe construir en mesa de prueba utilizando Protoboard los circuitos de control y adem s del ensamblaje del circuito de potencia del cargador de bater as y se valuar por medio pruebas de laboratorio de la recarga controlada de un banco de bater as existente Se anexar a los circuitos prototipos de potencia y control con los dispositivos de seguridad necesarios evaluando los peligros existentes ba
15. fg O5mA 5855 Emitter Collector Breakdown Voltage Wiarjeco Collector Dark Current 10 100 nA Capacitance Collector Emitter Duce px Current Transfer Ratio Bid SE JA EN Sel Current Transfer Ratio Saturated Collector Emitter Saturation voltage Isolation Capacitance Input Qutput Cs Vs 0 f 1MHz Isolation Resistance Vs 500V Isolation Voltage fo AC 1 minute AC 1 second DC 1 minute som ON 2 Vec 5 Ip 16mA 19 S gs 205 Pin Connection Diagram Anode J EE Collector Cathode EM Emitter al 099 2 5 Min 100 2 54 309 7 85 _ 206 16 A A 2 4 FAIRCHILD E SEMICONDUCTOR LM317 www fairchildsemi com 3 Terminal Positive Adjustable Regulator Features Output Current In Excess of 1 5A Output Adjustable Between 1 2V and 37V Internal Thermal Overload Protection Internal Short Circuit Current Limiting Output Transistor Safe Operating Area Compensation TO 220 Package Electrical Characteristics Description This monolithic integrated circuit 15 an adjustable 3 terminal positive voltage regulator designed to supply more than 1 5A of load current with an output voltage adjustable over a 1 2 to 37V It employs internal current limiting thermal shut down and safe area compensation 1 Adj 2 Outpu
16. if Acelerador gt 22 amp amp Mult lt 50 Bit Set PUERTOB 1 Activacion contactor Bit Set PUERTOB 2 Activacion contactor else 170 Bit Clear PUERTOB 1 Desactiva contactor Bit Clear PUERTOB 2 Desactiva contactor RUTINA PRINCIPAL DEL PROGRAMA void main Inicializaci n de Variables Adicionales PWM 60 0 000416 4 1 14318180 SET PWM1 DUTY PWM Tiempo Muerto 254 Canal 0 Secuencia 1 Periodo Gx 0 Controla la Pendiente de Aceleraci n Tao 1 Contador 0 Acelerador 0 Reversa False Neutro False PUERTOD 0x00 PUERTOB 0x00 d_ Torque 1 Dx 0 Configuracion del Microcontrolador TRIS A OxFF MSB 11111111 LSB Entradas Analogicas sensores 0 Salida 1 Entrada SET TRIS B OxE9 MSB 11101001 LSB E S varias SCR s 0 Salida 1 Entrada SET TRIS C OxFB b MSB 11111011 LSB Entradas Digitales Varias 0 Salida 1 Entrada SET TRIS D 0xCO MSB 11000000 LSB Salidas IGBT 5 0 Salida 1 Entrada SET TRIS E OxFF MSB 11111111 LSB Entradas Analogicas sensores 0 Salida 1 Entrada Port b pullups TRUE setup adc ports ALL ANALOG ALL ANALOG setup adc ADC CLOCK DIV 8 setup spi FALSE setup psp PSP DISABLED J setup counters RTCC INTERNAL RTCC DIV 2 setup timer 1 T1 DISABLED setup timer 2 T2 DIV BY 4 255 2 duty 50 0 000416 4 1 14318180 setup ccp1 CCP PWM setu
17. 5 6 Vsal Vec Req 4 R4 6 10 e NORMAL se conectan las resistencias R2 y R3 94 R2 R3 30KOQ 10KO z75KQO R2 R3 30KQ 4 10KQ a AAA 2244 5 7 R4 7 5 10 e POWER se conecta resistencia R3 Vsal D NE NU n 5 8 R3 RA 10 10 Tabla 5 3 Resumen de los contactos y sensor para las posiciones de la palanca de cambios Resistencias Voltaje Rango de Posicion de la Contactos que que Formanel Enviado la Voltaje Palanca de se Cierran Divisor de Entrada del Reconocido por Tensi n PIC1 el PIC1 Cambios Una vez establecidos los valores de tensi n que son enviados a la entrada anal gica del microcontrolador PIC1 se recomienda trabajar con rangos de sensibilidad con el prop sito de no forzar la medici n a un valor exacto en el ADC del PIC1 Esto se debe a las posibles fluctuaciones que tenga el voltaje de alimentaci n Vcc y a las tolerancias propias de las resistencias Aunque los rangos de trabajo de cada voltaje que refleja una posici n son peque os a causa de la alta resoluci n del ADC del PIC1 8 bits existen suficientes combinaciones binarias para separar cada rango de trabajo y adem s introducir una banda prohibida que proteja la selecci n entre cada marcha del veh culo ver tabla 5 2 Tambi n se ha adicionado un capacitor a la salida del sensor de posici n de la palanca con el objetivo de evitar cam
18. Delay us 5 switch Canal case 0 VM1 read adc Dato TX Canal VM1 Canal break case 1 M1 read adc y Dato TX Canal Icarga 1 Canal break case 2 Frec M1 read Dato TX Canal Frec M1 Canal break case 3 Temp Bat1 read adc Dato TX Canal Temp Canal break case 4 Temp Bat2 read_adc Dato TX Canal Temp Bat2 Tr Canal break case 5 Icarga Bat read adc Dato TX Canal Bat Canal break 175 case 6 Vin Bat read adc Dato TX Canal Vin Bat rr Canal break case 7 Vout Bat read Dato TX Canal Vout Bat Canal 0 Fin Muestra True break default Canal 0 Fin Muestra True break RUTINAS DE SERVICIO DE INTERRUPCI N int_rda rda_isr If TX_TERMINADA True RECIBIR Rutina de Programa Principal void main Inicializaci n de Variables Adicionales 0 Indice 0 Fin Muestra False RX TERMINADA False TX TERMINADA True Canal 0 Canal del PWMC 125 520 000416 16 1 20000000 50 SET PWM1 DUTY PWMOCO Configuracion de Microcontrolador SET TRIS A OxFF MSB 11111111 LSB Entradas Analogicas sensores oalida 1 Entrada SET TRIS B OxFC MSB 11111100 LSB E S varias SCR s 0 Salida 1 Entrada SET TRIS MSB 10111011 LSB Entradas Digitales Varias 0 Salida 1 Entrada SET T
19. Figura 6 34 Figura 6 35 Figura 6 36 Figura 6 37 Figura A 2 1 Figura A 2 2 Figura A 3 1 Figura A 3 2 Figura A 3 3 Figura A 3 4 Figura A 3 5 Figura A 3 6 Figura A 5 1 Figura A 5 2 Ventana de graficaci n de los datos adquiridos del sistema 129 Ventana para guardar de los datos adquiridos en documentos 130 Ventana mostradora y b squeda de p ginas 131 Ejemplo de p gina Web como documentaci n del proyecto 132 Diagrama de ciclos de conducci n en 156 Diagrama de ciclos de conducci n de fase en 157 Circuito de simulaci n para el circuito inversor con carga 158 Circuito de simulaci n para el circuito inversor con carga RL 158 Circuito de simulaci n para el detector de contactos del llav n 159 Circuito de simulaci n para fuentes de alimentaci n 159 Circuito de simulaci n para el detector de posiciones de la palanca de cambios 160 Circuito de simulaci n para el detector de posiciones de la palanca de cambios 160 Cronograma de actividades de Gantt a primera 165
20. JACK con PLUG 138 Se ha respetado en todo aspecto de instalaci n la norma 568 B para la fabricaci n de cables directos considerando el c digo de colores establecido Para m s detalle de conexiones y tipos de cables consultar el Manual T cnico El motor empleado para pruebas en vac o fue un motor trif sico de inducci n de 1 HP y 2 5 A nominal disenado para trabajar a 50Hz 60Hz Con este motor se verifica y calibra el funcionamiento adecuado de los disparos hacia los IGBT s del circuito inversor trif sico esto quiere decir la secuencia tensiones y frecuencia de estos disparos as como el efecto del PWM en cada disparo ver Figura 6 11 Tambi n se verifica el algoritmo de control de potencia y direcci n de rotaci n del motor sensible a la posici n de la palanca de cambios lo cual no puede mostrarse en este documento con resultados concretos pero que s puede comprobarse f sicamente en el momento de operar el motor Tambi n se verifica la reacci n del controlador al valor del pedal acelerador y se concluye que la relaci n de velocidad del motor y nivel de inclinaci n del pedal se puede modelar matem ticamente si se desea relaci n lineal exponencial logar tmica o de ajuste experimental Las pruebas al vac o revelaron que por las caracter sticas constructivas del motor no puede ste regularse en velocidad o torque a frecuencias mayores que 60 Hz debido al deslizamiento Esto impide que al sistem
21. Y Heversa Figura 1 6 Diagrama de bloques de sistema de control digital Como entradas del sistema de control digital sensado se tienen de dos tipos De control que son las que intervienen en la manutenci n del par constante De mando que son proporcionadas por las decisiones del usuario Senales de control e Se al de voltaje de salida es el voltaje que se sensa a la salida del regulador de voltaje del circuito de potencia oefial de corriente de carga es la corriente directa consumida por la carga Motor El ctrico 27 e Se al de frecuencia o velocidad es la que mide las revoluciones que tiene el motor en su marca e Sefial de corriente de bater as es la proveniente del banco de bater as Sefiales de Mando ver Anexo B 4 e Se al de lgnici n enciende o apaga todos los sistemas de veh culo el ctrico e Se al de aceleraci n es la que el usuario var a para cambiar la velocidad o avance del veh culo el ctrico e Se al de freno indicativo de la aplicaci n del freno por parte del usuario e Se al de cambio de potencia neutro y reversa esta se al de mando posee la selecci n de m xima autonom a a baja potencia y de m xima potencia a baja autonom a adem s de condici n neutral y indicaci n de reversa Como salidas del sistema de control digital se tienen e Las se ales de control o actuadoras estas son las se ales que act an en el sistema de potencia y
22. Y9IYM OSIY YBIH 6 4 9 107 J9 043u0204J09 I N pue HM d Jeu dn jewog 104 3deoxe suomnonuisul e oKo eJDuis v 498 s suempjey deep o 9 1uDI3 seoJnos y 0 dn niqedeo jdn J1aju LLIQLIAVLIGDELOYLOId 94 ejqnedujoo RC3 SCK SCL RDO PSPC RD1 PSP1 We Howay sei q 8 x goe 0 dn Kiowan HSV 1J JO SpJOM pL X M8 0 19019 ZHIN OZ OG peeds Bunelado UJe9 suomnonujsui pom GE IWO d33 10 SeiAq 8 x 962 0 dn e o o uononJjsul SU 002 004 Oscillator Start up Timer OST Peripheral Features Watchdog Timer WDT with its own on chip RC 0 8 bit timer counter with 8 bit prescaler oscillator for reliable operation Timer1 16 bit timer counter with prescaler Programmable code protection can be incremented during SLEEP via external Power saving SLEEP mode crystal clock e Selectable oscillator options Timer2 8 bit timer counter with 8 bit period Low power high speed CMOS FLASH EEPROM register prescaler and postscaler technology Two Capture Compare PWM modules Fully static design Capture is 16 bit max resolution is 12 5 ns e In Circuit Serial Programming ICSP via two Compare is 16 bit max resolution is 200 ns pins PWM max resolution is 10 bit Single 5V In Circuit Serial Programming capability
23. a ser de 0 a recuencia mec nica 10 000 r p m regenerativo Palanca de Cambios marchas SENE asc normal power Corriente de carga de las Se presume podr a ser de 0 bater as a hasta 15 A Voltaje de Entrada de las 0 hasta 156VCD baterias Voltaje de Salida de las bat 0 hasta Ohasta156VCD bater as 1 ME ME Eme de adelante auto del E 2 Dn o oa posterior E auto 11 Temperatura del motor Temp M1 Nose han realizado pruebas Posici n del llavin Posici n del llav n Apagado Accesorios Encendido Ignici n No se han realizado pruebas en estos aspectos ya que se carece de los medios para alcanzar dichos prop sitos y existen evidencias que los valores dados por el fabricante de los controladores originales no son correctos o presenta valores comerciales no reales desde punto de vista el ctrico 178 2 SOLECTRIA Anexo 1 UMOCAAOT and 425T 01441471471 Solectria UMOC is self contained microprocessor controlled three phase AC vector control power inverter for AC induction DC brushless traction drive and auxiliary drive motors The UMOC utilizes highly reliable IGBT power semiconductor switches Applications Responding to all input sensors and commands the UMOC provides the power output necessary to operate an over the road vehicle In addition to controlling the main traction motor the
24. d constante se debe incrementar la frecuenta por medio del compensador hasta que la raz n voltaje frecuencia sea igual a la referencia como la frecuencia el ctrica es sincr nica a la frecuencia o velocidad del rotor esta tambi n se aumenta pero con un mismo par inicio N Interupci n Voltaje Ajuste Autom tico de Inicializar Voltaje de Motor Variables Directamente proporcional pedal de acelerador Entrada de Sensores Ajuste de Secuencia de compensaci n de Reversa SI Pulsos en reversa No v a Secuencia de Pulsos en avance Figura 5 17 Diagrama de flujo de programa principal para la reversa y avance del motor En la figura 5 17 se observa el diagrama de flujo del programa principal para el control de velocidad del motor en donde se generan la secuencia de pulsos en avance y reversa dependiendo de la indicaci n del usuario El ajuste de compensaci n de la frecuencia se establece por cada ciclo de 360 inversamente proporcional al ciclo de espera Delay por cada 60 propiciando as la variaci n de la velocidad de forma paulatina 2 El par motor constante garantiza que el motor no se queme a muy baja frecuencia 977 La compensaci n del voltaje del sistema controlador inversor se realiza por medio de una interrupci n que es directamente proporcional a la variaci n de referencia
25. em Note t Measured at the power busbars and not the auxiliary terminals L ia the circuit inductance L 190 Anexo B 7 POWER TRANSISTOR DRIVING BASE AMPLIFIER 59634 NIE BUILT IN TYPE OPTOCOUPLER F99634L FEATURES DESCRIPTION HIGH INSTANTANEOUS COMMON MODE The FS8534 is an optical linkage device mounting a GaAs REJECTION VOLTAGE infrared LED on the light emitting side nput side and a 1000 Vins MIN 1000 Wes MIN photodiode and a signal processing circuit an the light receiv Ing side output side an chip The device can directly drive idi ec a power transistor of 15 Ato 20 class and may be used for an inverter control air conditioner ar general purpose inverter HIGH RESPONSE SPEED P amp S634L has formed leads for surface mounting PLH 5 ys MAX HIGH OUTPUT CURRENT loi 0 5 AMC 1 0 MAX CAN SOLDERED B Y INFRARED REFLOW SOLDERING ESD SENSITIVE ELECTRICAL CHARACTERISTICS ta 20 cto 80 C unless otherwise specified PART HUMBER 59634 PS9634L STMBOLS PARAMETERS UNITS Vr Forward Voltage Ir 5 m Ta 25 C uu Reverse Current R2 S sy Ta 25 C Capactance Between Terminals 0 10 MHz 25 C Yor Low Level Output voltage O17 Woo EY lo 04A Re 10 2 F 5 m4 High Level Output Voltage C27 v lee 044 Ir 5mA4 VOL Lowy Level Output voltage 02 0 25 0 4 v
26. measured at the power busbars and nct the auxiliary terminal m Motor Controllers The Powerline range of modules includes half bridge FE chopper bi directional dual and single switch configurations eiga covering voltages from 600 to 3 300V and currents up to 36004 The DIM375WHSOs S000 is a half bridge 600 n channel enhancement mode insulated cete bipolar transistor GBT 1 2 modula The module is suitable for a variety of medium voltage applicatione in motor drives and power conversion The IGBT has a wide reverse bias safe operating area IRBSOA for ultimate reliability in demanding applications These modules incorporate electrically isolated base plates and low inductance construction enabling circuit designers to Fig 1 Half bridge clrcun diagram optimise circuit and utilise earthed heat sinka for safety ge Typical applications include de motor drives ac pwm drivesand ups systems ORDERING INFORMATION Order as DIM375WHSU06 S000 Note When ordering use complete part number Outline type code W Ses package details tor further informations Fig 2 Electrical connections not to scale Caution This device is seraitive to electrostatic discharge Lasers ahouldfdlow ESD handling procedures Www 188 DIM375WHS506 5000 a Ea n ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS PER ARM Stresses above those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent
27. que logra la reprogramaci n con xito de los circuitos sin la necesidad de la desconexi n de los microcontroladores del sistema o traslado del veh culo a otro sitio diferente a donde se encuentra en caso de pruebas y calibraci n La implementaci n del diseno ver figura 5 5 del circuito de potencia para el cargador de bater as fue realizado por completo con componentes reutilizados y completamente diferente en dise o al cargador original b sicamente lo nico reutilizado fueron los disipadores de calor y la caja contenedora Siguiendo el disefio se construy el circuito como el mostrado en la figura 6 20 dichos componentes se conectaron de manera tal que fue posible adaptarlo a la caja contenedora original obteniendo siempre los resultados planteados El driver para el acople de las senales de control al circuito de potencia partiendo del disefio ver figura 5 7 se puede observar construido en la figura 6 25 aunque en este caso solo se trataba de controlar un solo IGBT dio excelentes resultados la implementaci n de un circuito inversor monof sico con transformador al igual que el driver del inversor trif sico para aislar de la tierra comun la conmutaci n de dicho IGBT En la figura 5 2 se muestra un esquema de la distribuci n y forma de los contactos que conforman la palanca de cambios A causa de lo complicado de las combinaciones de contactos cerrados y abiertos que interaccionan se disena e implementa una peque
28. tico detallado para el mantenimiento y reparaci n del sistema 3 Hacer manual de usuario para el programa de comunicaci n obtenci n y reprogramaci n de datos desde la PC con el sistema de control del veh culo el ctrico 2 3 4 Objetivos de implementaci n 1 Separar f sicamente los circuitos de control de los circuitos de potencia tanto de cargador de bater as como controlador de velocidad 2 Colocar los circuitos de control en cajas de protecci n 3 Ubicar las cajas de protecci n con circuiter a de control en la cabina del conductor 4 Utilizar conexiones seguras y versatiles para interconectar los m dulos 5 Proteger la circuiter a de potencia contra el agua y con disipadores de calor adecuados 32 Cap tulo 3 Marco te rico 3 1 Descripci n del sistema a mejorar En la figura 3 1 se puede observar el sistema existente para un veh culo el ctrico convencional utilizado en uno de los veh culos Solectria Force Sedan adquirido por la empresa AI Computadora i para Diacnostico de Fallas Opcional sensor de de Velocidad Vehiculo vi Control Universal Cargador Motor p de Motor Paquete de Bater as da 5 UM Baterias A Potencia iw d de id e calida 5 anvertidar rend CD CD Figura 3 1 Diagrama de bloques del sistema controlador para VE utilizado El sistema a mejorar consta principalmente de un controlador Solectria Universal Motor Contr
29. xy gt lig gt 0 37 Wea Par motor Velocidad m 0 8 Figura 3 6 Caracter sticas par motor velocidad con control volts hertz gt Tomado de Rashid M H Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 42 Las caracter sticas t picas del par motor velocidad se muestran en la figura 3 6 Conforme la frecuencia se reduce p disminuye y el deslizamiento correspondiente al par motor m ximo aumenta Para una demanda dada de par motor la velocidad se puede controlar si se var a la frecuencia de acuerdo con la ecuaci n 3 12 Por lo tanto al variar tanto el voltaje como la frecuencia es posible controlar el par motor y la velocidad El voltaje a frecuencia variable se puede obtener mediante inversores trif sicos es decir cicloconvertidores Los cicloconvertidores se utilizan se utilizan en aplicaciones de potencias muy grandes por ejemplo locomotoras y molinos de cemento en las que el requisito de frecuencia es la mitad o la tercera parte de la frecuencia de l nea 3 3 4 Motores de im n permanente Los motores de im n permanente son similares a los motores de polos salientes excepto porque en el rotor no hay un bobinado de campo y este se genera montando imanes permanentes sobre el rotor ver Anexo B 3 El voltaje de excitaci n no puede variar Para una estructura del mismo tama o los motores de im n permanente tienen un par c clico m s alto Las ecuaciones pa
30. 10 bit multi channel Analog to Digital converter e In Circuit Debugging via two pins Synchronous Serial Port SSP with SPI Processor read write access to program memory Master Slavemode and I Wide operating voltage range 2 0V to 5 5V C High Sink Source Current 25 mA Universal Synchronous Asynchronous Receiver Commercial Industrial and Extended temperature Transmitter USART SCI with 9 bit address ranges detection Low power consumption Parallel Slave ort PSP 8 bits wide with 0 6 mA typical 3V 4 MHz external RD WR and CS controls 40 44 pin only 20 A typical 3V 32 kHz Brown out detection circuitry for lt 1 A typical standby current 196 11 LM124 y o LM224 LM324 LOW POWER QUAD OPERATIONAL AMPLIFIERS WIDE GAIN BANDWIDTH 1 3MHz INPUT COMMON MODE VOLTAGE RANGE INCLUDES GROUND LARGE VOLTAGE GAIN 100dB VERY LOW SUPPLY CURRENT AMPLI 375 B OW INPUT BIAS CURRENT 20nA B LOW INPUT OFFSET VOLTAGE 5mV max for more accurate applications use the equiv alent parts LM124A LM224A LM324A which feature 3mV max B LOW INPUT OFFSET CURRENT 2nA WIDE POWER SUPPLY RANGE SINGLE SUPPLY 3V TO 30V DUAL SUPPLIES 1 5V TO 15V DESCRIPTION These circuits consist of four independent high gain internally frequency compensated operation al amplifiers They operate from a single power supply over a wide range of voltages
31. 123 234 345 456 561 612 Las senales de excitaci n mostradas en la figura 3 9 est n desplazadas 60 unas de otras para obtener voltajes trif sicos balanceados fundamentales La carga puede conectarse en estrella o en delta En el caso de una carga conectada en delta las corrientes de fase se obtienen directamente de los voltajes l nea a l nea Una vez que se conocen las corrientes de fase pueden determinarse las corrientes de l nea En caso de una carga conectada en estrella los voltajes de linea a neutro deben determinarse a fin de determinar los voltajes de l nea o de fase Modo 1 Modo 2 Modo 3 Figura 3 10 Circuitos equivalentes trif sico en estrella durante cada semiciclo a 180 Existen tres modos de operaci n para cada medio ciclo que mostrados en la figura 3 10 e Para el modo de operaci n MODO 1 de 0 lt ot lt 1 3 V 2V i R R 3 14 e GS 3 15 an cn 2 3 3 2V C 3 16 47 e el modo de operaci n MODO 2 de 1 3 lt ot lt 27 3 V AV i R 3 17 AV k SEAS 3 18 3 Gp Von Vn z 3 19 e Para el modo de operaci n MODO de 27 3 S ot S V AV i R 3 R 3R 3 20 LR V Mono 7 3 21 3 21 AV 5 3 22 3 En los cuales la resistencia equivalente es la misma R 3R 2 ares 3 23 El voltaje instant neo l nea a l ne
32. 21 Diagrama de ciclo completo de recarga de bater as plomo cido Cuando una bater a se encuentra descargada la corriente que solicita la bater a a voltaje m ximo es tambi n m xima por tanto su capacidad de corriente interna acumulada efectiva es m nima o mucho menor al 100 de su porcentaje de carga total ello quiere decir que la corriente que se solicita en la bater a para su recarga es inversamente proporcional a su almacenamiento de energ a en forma de corriente carga el ctrica en la bater a como se puede observar en la figura 5 21 Etapa 3 cuando la bater a esta completamente recargada la corriente que solicita es extremadamente pequena Curvas de cargador comercial marca ABSAAR modelo BBE 1201 5 102 Aplicando la caracter stica de recarga vista en la figura 5 21 pero escal ndolo las necesidades del proyecto se puede observar en la figura 5 22 el diagrama de flujo que controla dichas etapas Inicio Cargador de Bater as Detener Recarga Toma de Indicadores Variables de Activos Sensores Si Tempratura gt T Max no Voltaje Ent gt V max Etapa1 Control Corriente constante Capacidad 90 Etapa2 Control Voltaje constante v Etapa3 Control Voltaje Flotante Figura 5 22 Diagrama de flujo de recarga de bater as plomo cido Cuando se ini
33. 30 0 40 50 0 Time s Figura 6 4 Simulaci n de fuentes de driver para la polarizaci n de IGBT s 111 En la figura 6 4 se observa la simulaci n correspondiente a las fuentes de alimentaci n de los drivers de los IGBT s En la parte inferior se puede ver la senal cuadrada A y B proveniente de la salida del circuito desfasador ver figura 5 9 que genera el control de senal para el circuito de potencia del puente inversor monof sico En la parte superior de la figura 6 4 se puede observar la salida de AC de control del puente H A respecto B que se traduce por medio del circuito de potencia en la sefial alterna 120Vrms para el primario del transformador a partir de 156VDC y que al secundario se traduce en un nivel de voltaje cercano a los 24Vrms que finalmente se rectifica y regula Ver figura A 3 4 para la alimentaci n de los drivers de IGBT s TLP250 El mismo principio es utilizado en el convertidor CD CD 12V y 5V El circuito ha sido simulado en el programa Multisim 2001 y se ubica en la figura A 3 6 del ap ndice A 3 circuitos de simulaci n amp 40 m Normal Power m gt 0 200 400 m 600 Um 00 m 1 0 Tiempo 5 a Normal Power voltaje 200 Ost 400 Oar 600 Drm S00 m Tiempo 8j b Figura 6 5 Simulaci n de sensor de palanca de cambios a Sin filtro b Con filtro 112 Como se indica en la figura 5 15 y la tabla 5 2 se detecta
34. 8 Control volts hertz para motores s ncronos Las caracter sticas t picas del par motor la corriente y el voltaje de excitaci n en funci n de la relaci n p de la frecuencia en la figura 3 7 a Existen dos regiones de operaci n par motor constante y potencia constante En la regi n par motor constante se mantienen constantes los volts hertz y en la regi n de potencia constante el par motor se reduce con la frecuencia Tomado de Rashid M H Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones Tomado de Rashid M H Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 44 En la figura 3 7 b se muestran las caracter sticas velocidad par motor distintas frecuencias En forma similar a los motores de inducci n se puede controlar la velocidad de los motores s ncronos variando el voltaje la frecuencia y la corriente Existen varias configuraciones para el control de lazo cerrado de motores s ncronos Una disposici n b sica para el control volts hertz constantes de motores s ncronos aparece en la figura 3 8 donde el error de velocidad genera el comando de frecuencia de voltaje necesario para el inversor PWM 3 3 6 Inversores trif sicos Los inversores trif sicos se utilizan normalmente en aplicaciones de alta potencia ver Anexo B 6 Tres inversores monof sicos de medio puente o de puente completo pueden conectarse en paralelo para formar la configuraci n de un inversor t
35. A ADJUSIABLE VOLTAGE REGULATORS a GUARANTEED OUTPUT CURRENT ADJUSTABLE OUTPUT DOWN TO 1 2V LINE REGULATION TYPICALLY 0 005 V LOAD REGULATION TYPICALLY 0 1 a GUARANTEED THERMAL REGULA TION CURRENT LIMIT CONSTANT WITH TEM PERATURE STANDARD 3 LEAD TRANSISTOR PACKAGE TOS K SUFFIX Steel Can ORDER CODE PART TEMPERATURE PACKAGE NUMBER RANGE x LM150 55 C to 150 C LM250 25 to 150 LM350 0 C to 125 C EXAMPLE LM150K PIN CONNECTION bottom view Case 15 output 208 ELECTRICAL CHARACTERISTICS LM150 55 lt T lt 150 Vi Vo 5V lo LM250 25 lt T lt 150 Vi Vg 5V lo LM350 0 C x Tj lt 150 C Vi Vo 5V ips 1 5A Although power dissipation is internally limited these specifications apply to power dissipation up to 30W unless otherwise specified ne 2 Line Regulation note 1 Tame 25 3 V lt Vi Vo Load Regulation Tame 25 C 10mA lt lo lt 3A Vo 5V note 1 a mmm id Sod hall 0 3 0 1 0 5 oo _ 0 002 002 ww 10 so 100 pA 22 ARG 1 0 3 1 5 HMSEE 1 IN ETA 754 GNU 3 4 5 1 dB C 10 86 03 3 Note 1 Regulation is measured at constant junction temperature Changes in output voltage due to healing effects are taken into account separately by therm
36. BateriasMetodos htmZPb En esta p gina se encuentra informaci n relevante de la forma adecuada de recarga de las bater as de Plomo Acido 8 http www absaar com cargadores de baterias esta p gina se encuentra informaci n de graficas de recarga de bater as de cargadores comerciales de la marca ABSAAR 149 9 http www sapiensman com electrotecnia pilas y baterias1 htm esta p gina se encentra informaci n de la constituciones de bater as de plomo y otros tipos adem s de la forma de medici n de su capacidad en amperios Hora AH 10 http www es varta automotive com index2 php p 4 amp s 1 amp t O amp content knowhow batterielexikon glossary php letter c En esta p gina se encuentra un diccionario t cnico de t rminos relacionados con bater as Normas de seguridad NPT 617 11 http www mtas es insht ntp ntp 617 htm En esta p gina se encuentra informaci n sobre las normas de seguridad en la manipulaci n y recarga de bater as de plomo cido del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo Distribuidores de componentes electr nicos extranjeros 12 http www digikey com En esta p gina se encuentra informaci n de precios de componentes de potencia como IGBT s diodos y Drivers para IGBT 13 http www jameco com En esta p gina se encuentra informaci n de precios de componentes y accesorios barios para la implementaci n del proyecto 14 http www microchip co
37. Figura 5 20 Diagrama de ciclos de conducci n en avance del motor 101 Figura 5 21 Diagrama de ciclo completo de recarga de bater as plomo cido 102 11 Figura 5 22 Figura 5 23 Figura 5 24 Figura 5 25 Figura 5 26 Figura 6 1 Figura 6 2 Figura 6 3 Figura 6 4 Figura 6 5 Figura 6 6 Figura 6 7 Figura 6 8 Figura 6 9 Figura 6 10 Figura 6 11 Figura 6 12 Figura 6 13 Figura 6 14 Figura 6 15 Figura 6 16 Figura 6 18 Figura 6 18 Figura 6 19 Figura 6 20 Figura 6 21 Figura 6 22 Figura 6 23 Figura 6 24 Figura 6 25 Figura 6 26 Figura 6 27 Figura 6 28 Figura 6 29 Figura 6 30 Figura 6 31 Figura 6 32 Figura 6 33 Diagrama de flujo de recarga de bater as plomo cido 103 Esquema de control para las etapas del cargador de bater as 104 Esquema de porcentaje de recarga del banco de bater as en el tiempo 105 Diagrama de flujo de comunicaci n de sistema controlador 106 Diagrama de flujo de programaci n de la 107 Simulaci n de tensiones de fase del circuito inversor con carga 109 Simulaci n de corriente de fase B del circuito inversor con carga RL 110 Simulaci n de detector de contactos
38. N F L Las nuevas conexiones y los drivers fueron redisenados en este proyecto y luego ser n explicados Los abanicos fueron reemplazados por otros m s pequenos pero en mayor cantidad conectados en serie entre s para ahorrar consumo de energ a como reductores de voltaje como parte de un divisor de tensi n ya que el contactor utilizado no es el adecuado y como mecanismo de enfriamiento con una mejor distribuci n del aire En resumen todas las piezas de hardware empleadas ya hab an sido probadas para las potencias utilizadas por el motor En la figura 5 6 se muestra el diseno del driver del circuito del puente inversor trif sico que se ha estado analizando Este diseno consta de la activaci n de las compuertas de los IGBT s en forma independiente aunque la fuentes de las compuertas para los IGBT s 4 6 y 2 son la misma ya que las senales de activaci n comparten la referencia Las sefiales de activaci n de los IGBT s 1 3 y 5 son aisladas entre s y aisladas con las del grupo 4 6 y 2 Por lo tanto era necesario que cada bloque de activaci n contara con su propia fuente de alimentaci n en este caso transformadores pequenos 120Vrms 18Vrms de 250mA que permiten la completa separaci n el ctrica de las senales y un suministro de baja potencia Aunque existen IC drivers dedicados espec ficamente a la activaci n de IGBT s comerciales en este caso por no poderse adquirir se dise aron drivers basados en optoacopla
39. PCB CLISOSIPE _ 12240 267200 e Hierro Regulador Ajustable LM150K NTE970 1 2 37 Bobina 12VCD 2A Rel s12VCD LM12E00 SPDT Rel 48VCD 48v 10A SPST DIP 2 200 00 4 400 00 4 NC 2 NO Rel 12VCD DS4E M DC12V Resistencias Varias ASST1270 E 2 58 4 00 2 000 00 10 KQ 1w 10 00 100 00 9 1kQ 3W s Resistencias smo 5 5 resistencias 1 6 EN Tiristor SCR NTE5414 92000 920 00 LP35 16V 0 15A 1 273 00 46 365 00 1 Tramsfomador TF 221 110 220V a 24V 2A 42 200 00 2 200 00 1 Transformador LP573 110 a 24V 1A 2 031 00 42 031 00 2 Transistor 6 NPNic 01A 5000 100 00 35 00 6 Transistor 1 2576 2328 T NPN Ic 15A 200V 65700 3 942 00 6 Transistor NTE2577 NTE2329 T PNP lo 15A 200V 41 089 00 6 534 00 5 000 00 496 098 52 Proveedores Componentes Electr nicos 162 Tabla A 5 2 Materiales necesarios para el proyecto Alta potencia Cant Componente Serie Descripci n HIG nS Precio Total Unitario 8 Capacitores 1500uf 200V 2 Capacitores 220uf 250V 2 Diodos NTE6154 400V PRV 150A Rectificadores 5 Diodos NTE6354 400V PRV 300A Rectificadores IGBT go 600V 100A IGBT IRFP264 250V 38A uc 98880 ELTE 10 cable prmem e oem mme Gh metro 472 553 10 Proveedores Componentes Electronicos i 163 Ap ndice A 6 Oo
40. PUERTOD 0x00 if Acelerador 20 Contador 0 Mult 0 Else Neutro True V void main 173 Programa cargador de bater as include 16F877 h device 16 device adc 8 use delay clock 14318180 fuses HS NOWDT PUT use rs232 baud 9600 parity N xmit PIN C6 rcv PIN_ C7 include CTYPE H include lt stdlib h gt include lt Math h gt include lt String h gt IIDECLARACI N DE PUERTOS byte PUERTOA 0X05 byte PUERTOB 0X06 byte PUERTOC 0X07 byte PUERTOD 0X08 byte PUERTOE 0X09 IIDECLARACI N DE VARIABLES Byte TIEMPO ESPERA byte Dato TX 8 BYTE Dato Rx 8 Byte Cadena 3 Byte VM1 Icarga M1 Frec M1 Variables de control del Motor Byte Temp Bat1 Temp Bat2 Bat Vin Bat Vout Bat Variables de Mando del Motor Byte Indice Byte PWMC Canal Boolean RX Terminada TX TERMINADA Fin Muestra SUB RUTINAS DEL PROGRAMA void TRANSMITIR byte DATOS CMD Rutina para la Transmicion de un Dato 8 Bit s tipo Char Delay ms 30 PUTC DATOS CMD Void RECIBIR If Indice lt 2 174 Dato Rx Indice GETC Transmitir Dato Rx Indice Respuesta de Comunicaci n y respuesta Indice else Indice 0 Void Respuesta DELAY_MS 500 TRANSMITIR O TRANSMITIR K DELAY MS 1000 Void Carga Variables Rutina que carga los valores de los sensores a utilizar set adc channel Canal
41. TX Canal Acelerador Tr Canal break case 4 Rev Neutro Avance MXMI read adc Dato TX Canal Rev Neutro Avance MXMI Canal break case 5 Icarga Bat read adc Dato TX Canal Icarga Bat Canal 0 Fin Muestra True break default Canal 0 Fin Muestra True break void Caja Cambios If Rev Neutro Avance gt 190 Reversa 3 d_ Torque 1 else Reversa False TAO 1 If Rev Neutro Avance gt 138 amp amp Rev Neutro Avance MXMI lt 190 Neutro True Colocar Despues True Para identificar el neutro else 169 Neutro False If Rev Neutro Avance MXMI 117 amp amp Rev Neutro Avance MXMI 138 d Torque 30 If Rev Neutro Avance MXMI gt 100 amp amp Rev Neutro Avance MXMI lt 117 d Torque 20 If Rev Neutro Avance MXMI 100 Torque 1 void Secuencia_Reversa if Reversa True Tiempo Pulso Tiempo de Duraci n de los Pulsos IGBT If Secuencia 1 Secuencia 6 else Secuencia Decrementa Secuencia Reversa Ml final if Reversa True else Tiempo Pulso Tiempo de Duraci n de los Pulsos IGBT If Secuencia 6 Secuencia 1 else tr Secuencia Incrementa Secuencia Avance else Reversa Flse Void PWM_Estado PWM Acelerador d Torque if Acelerador gt 220 PWM 255 SET PWM1_DUTY PWM Void Activa_Contactor
42. Ty T max 214000 ar 5 EE um 14 for Individual Device t t 10ms Ld VERM 151000 Fug EE x ese eed t t 83ms 3m 138000 Maximum IZ zt t 0 1 to i no voltage reapplied 2140000 Maximum Value of Threshold Vio Ty 200PC 0 610 Voltage Maximum Value of Forward Slope Fi 200 C 0 751 Resistance Thermal Mechanical Specifications Maximum Interna Thermal Resistance DC operation 0 18 KA Junction to Case Thermal Resistance Case to Sink ace Mounting surface flat smooth and EN greased Mounting Torque T Hon ubrncated threads 40 06 re 360 finely 3 250 ied 55 1 250 31 75 55 19 2 Max 828 21 03 3 4 16 UNF 2A 6 000 152 4 Max seating Plane 195 10 1 28 40 Pin 8 Bit CMOS FLASH Microcontrollers Devices Included in this Data Sheet Pin Diagram PIC16F873 PIC16F876 PIC16F874 PIC16F877 MCLR VPP 1 RB7 PGD RAO ANO 2 RB6 PGC RA1 AN1 3 RB5 RA2 AN2 VREF s 4 RB4 RA3 AN3 VREF a gt 15 RB3 PGM RB2 RB1 RBO INT RAS ANA SS REO RB AN5 RE1 WR ANG RE2 GS AN7 VDE RD7 PSP7 RD6 PSP6 RDS PSP5 RD4 PSP4 RC7 RX DT RC6 TX CK RC5 SDO RC4 SDI SDA RD3 PSP3 RD2 PSP2 MOd J9S9Y uo jewog BuisseJppe anijeja pue JOSJIPUI OSC2 CLKOUT RCO T1OSO T1CKI RC1 T1OSI CCPZ RC2 CCP1 SJ9 9 OM
43. VDC 200 150 100 50 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Speed rpm Shown with Optional Cooling Shroud Specifications 150Nm At Voltage of Nominal Speed Nominal Speed Maximum Speed Efficiency vs Torque AC42 with UMOC440TF 312 VDC 0 25 50 75 100 125 150 Torque Nm Solectria Corporation 33 Industrial Way Wilmington MA 01887 USA Tel 978 658 2231 Fax 978 658 3224 sales solectria com www solectria com specifications subject to change Revised September 2000 182 4 Single Drive Ignition Box Systems 2 Your ignition or interface box should be located in a protected area such as underneath the dash of your vehicle It should also be kept dry at all times When all wires are attached and checked connect the 25 pin cable from the ignition box to the UMOC See appendices A and C for more details For Dual Drive Systems with Console Connect and check all console wiring then choose a mounting location close to the operator s position such that the console controls may be reached comfortably by the operator Avoid locations where any liquids spilled from a nearby drink holder may enter the console Also avoid areas near a window which might be left open to admit rain After installation connect the 25 pin cables one to each UMOC motor controller Installation 21 183 Driers Genesis Bach tile Fia Posh ord
44. Vehiculos El ctricos REALIZADORES Carlos A Desanti Gatgens Juan W Gonzalo S nchez Prueba de motor sin carga Escuela de Ingenier a Electr nica del ITCR d M M M 98 2006 IEEE Figura 6 37 Ejemplo de p gina Web como documentaci n del proyecto En la figura 6 37 se observa una muestra de la p gina Web implementada como parte de la documentaci n adicional y que a su vez da a conocer lo m s general del proyecto sta puede ser publicada por la empresa como medio de difusi n Se utiliz el lenguaje de programaci n de P ginas Web Front Page XP HTML 132 6 4 An lisis de resultados El sistema de locomoci n y recarga de bater as del veh culo el ctrico Sedan Force de Solectria adquirido por la Nacional de Fuerza y Luz se ha redisenado para facilitar la reproducci n y mantenimiento de todas partes y funciones Seguidamente se realiza un an lisis de todos los aspectos desde el punto de vista de los objetivos alcanzados En el dise o de los circuitos de potencia del puente inversor y cargador de bater as como se puede observar en la figura 5 4 en la figura 5 5 en la figura 6 20 y en la figura 6 21 espec ficamente para el circuito de potencia del puente inversor se puede hacer referencia en la figura 5 4 a su dise o el cual est basado en la inversi n de la energ a CD de las bater as como fuente de alimentaci n a energ a de corrie
45. a maximum speed of 10k rpm It is available in two standard configurations AC42 A Smooth shaft version that can be operated in single or using the Solectria AT661 motor reduction box dual motor systems See the AT661 AC42 2 data sheet for details e ACA2 B Splined shaft version designed for use with the Solectria AT1200 motor reduction box Applications and Features The Solectria AC42 motor design is suited to large sedans trucks shuttle buses industrial plant vehicles and other applications where low speed torque 15 important e High efficiency brushless design e Sealed motor casing e Compact lightweight construction e Low rotating losses e Low electrical resistance e Cost effectiveness and high reliability When used in conjunction with a Solectria UMOC the motor functions as an electronic transmission eliminating the need for a multtspeed gearbox It also can directly drive a vehicle s wheels with a fixed ratio Available and Custom Options e Power and sensor lead and length options e Available for use as a hybrid generator Custom e Customized features such as end bells and shafts based on customer specifications e AT1200 motor reduction box with a 10 1 ratio e Optional cooling shroud e Interface package includes mating connectors not required if purchasing a Solectria motor controller An engineering fee applies to all customized orders Torque Speed Envelope AC42 with UMOC440TF 312
46. a que las resistencias de dicho divisor deben ser de muy elevada potencia gt 20W para que 81 pudiesen entregar por lo menos 3 amperios a los reguladores de la fuente Para que dicho transformador pueda inducir al secundario el voltaje requerido en el primario la corriente debe variar peri dicamente Como la unica fuente principal a utilizar es de corriente directa se debe conmutar la corriente en el primario por medio de un oscilador y un Inversor monof sico Este oscilador posee su propia fuente de alimentaci n para su funcionamiento conformada por un divisor de voltaje en baja potencia un diodo zener de 15v y un capacitor de filtro Esta fuente es activada por el enclavamiento del rel 1 y los detectores de contactos ignici n y apagado figura 5 10 activados por el llav n durante el encendido del veh culo el ctrico En la esquina superior izquierda de la figura 5 8 se encuentra el circuito detector de l nea de alimentaci n dom stica el cual se encarga de encender la fuente de alimentaci n de los circuitos digitales que se utilizan para controlar el cargador de bater as Con el rel 2 se conecta la energ a de alimentaci n por medio de un contacto normalmente abierto N O y por un contacto normalmente cerrado N C la activaci n de una se al de inhibici n para el microcontrolador del circuito inversor el cual es detectado en el pin RC1 del PIC1 para impedir el funcionamiento del veh culo cuando se est n recargando
47. byte Tiempo Muerto Byte Tao Byte VM1 Icarga M1 Frec M1 Variables de control del Motor Byte Acelerador Rev Neutro Avance MXMI Icarga Bat Variables de Mando del Motor Byte Secuencia Byte PWM Canal boolean Reversa boolean Neutro boolean Fin Muestra RUTINAS DE SERVICIO DE INTERRUPCI N I SUB RUTINAS DEL PROGRAMA void Tiempo Pulso 167 byte byte Jac If Acelerador gt OxDO Limite de M xima Velocidad Periodo Gx OxD5 Else Periodo Acelerador For 1 OxDF Periodo lt I Temporizaci n de Pulsos de compuertas If Contador 255 control de tiempo de activaci n contactor T Contador else if Mult 52 Contador 0 Mult For Jac 0x01 Jac lt 20 Jac GET T PUERTOB if Bit Test GET T 0 1 Generaci n de pulsos PWM para Variaci n de Voltaje PUERTOD Aux else if PWM gt 220 PUERTOD Aux else PUERTOD 0x00 Delay lt Void Carga Variables Rutina que carga los valores de los sensores a utilizar set adc channel Canal Delay us 5 168 switch Canal case 0 VM1 read adc Dato TX Canal VM1 Canal break case 1 M1 read adc y Dato TX Canal Icarga M1 Canal break case 2 Frec M1 read Dato TX Canal Frec M1 Canal break case 3 Acelerador read adc Dato
48. dado que el tiempo de conducci n de los transistores y de los diodos depende del factor de potencia de la carga En el caso de una carga conectada en estrella el voltaje de fase es Van Vab V3 con un retardo de 30 Utilizando la ecuaci n 3 24 la corriente de l nea ia para una carga RL est dada por AV Ia COS sen nat 4 31 d 3 n Ly 6 donde 0 tan noL R 50 3 3 6 2 Conducci n 120 Figura 3 12 Disparos por transistor voltajes de fase y de l nea respectivamente para una conducci n a 120 En este tipo de control cada transistor conduce durante 120 En cualquier instante de tiempo s lo conducen los transistores Las senales de excitaci n se muestran en la figura 3 12 La secuencia de conducci n de los transistores es 61 12 23 34 45 56 61 51 Modo 1 Modo 2 Modo 3 Figura 3 13 Circuitos equivalentes trif sico en estrella durante cada semiciclo a 120 Existen tres modos de operaci n en cada medio ciclo los circuitos equivalentes para una carga conectada en estrella se muestran en la figura 3 13 e Para el modo de operaci n MODO 1 de O lt ot lt 1 3 transistores 1 y 6 s oe 0 3 32 _ _ em an 2 bn 5 cn e Para el modo de operaci n MODO 2 de 1 3 lt ot lt 27 3 v 3 Vin 0 s 3 33 2 2 e Para el modo de operaci n MODO de 27 3 S ot S Vn 0 EZ EE 3 34 2 2 Los voltajes de l nea a neutr
49. damage to the device In extreme conditions as with all semiconductors this may include potentially hazardous rupture of the package Appropriate safety precautions should always be followed Exposure to Absolute Maximum Ratings may affect device reliability Th 25 C unless stated otherwise L INENC II EXL END E De em Rm emp e Mix NN TE laclation voltage per module terminals to base plate AC AMS 1 min 5 Hz THERMAL AND MECHANICAL RATINGS Internal insulation ALO Clearance 13mm Baseplate material Cu CTI Critical Tracking Index 175 distance 24mm LEM Ss AS Thermal resistance transistor Continuous dissipation junction to case Thermal resistance diode Continuous dissipation junction to case Thermal resistance case to heatsink Mounting torque per moduls with mounting grease m ee 0 1841 pe e e 2 8 Caution This device ie senaitive to electrostatic discharge Usera should follow ESD handling procedures nad ynexcs emi com 189 e DIM375WHSO06 S000 ELECTRICAL CHARACTERISTICS 25 C unless stated otherwise Colector cut off current SEE te co t Collector amitter saturation voltage 15 3504 ae 15V 3504 T 125 C HA A EN A EAS 350A Tm 1256 as a wo A
50. del pedal de la aceleraci n coordinado por el usuario En la figura 5 18 se observa el diagrama de estados tanto de la reversa como el avance del motor adem s de la secuencia de los disparos de los componentes en el puente inversor y el regulador INICIO Asignar Gate 1 2 3 Asignar Gate 1 2 6 38h 00111000b 31h 001100016 A2 Delay Delay Inicializaci n de Variables 1 Carga datos de sensores 2 Compensaci n de frecuencia Delay Asignar Gate 2 3 4 1Ch 00011100b 8 Asignar Gate 1 5 6 23h 00100011b Delay Delay Verdad Reversa Delay Delay Falsa Reversa Asignar Gate 3 4 5 Delay OEh 00001110b Asignar Gate 4 5 6 07 000001116 Inicio Asignar Gate 1 2 6 Interrupci n Delay 31h 00110001b Delay signar Gate 3 4 5 OEh 00001110b Asignar Gate 1 2 3 38h 00111000b Delay Delay 1 Carga dato de sensor 2 Compensaci n de Asignar Gate 2 3 4 Voltaje PWM 1Ch 00011100b Figura 5 18 Diagrama de estados principal para la reversa y avance del motor En la figura 5 19 se puede observar el diagrama de flujo de la secuencia de pulsos para el avance del motor del sistema 98 Secuencia adelanto Sub programa Inicializar i 7 Espera Por cada 60 grados de Ciclo de trabajo directamente proporcional a la Delay frecuencia no Si Y Decrementar i Casos Desplegar 23h Desplegar Desplegar Des
51. del programa para la PC Este programa se encargar de recolectar los datos en tiempo real del sistema controlador para el veh culo el ctrico graficarlos y almacenarlos en archivos recuperables para poder analizar dicha informaci n con posterioridad Inicio Inicializaci n Y Selecci n de eventos v Graficar Datos obtenidos Desplegar datos M 4 Recuperar datos X de archivo v Salvar datos a archivo Recuperar Datos de Controlador lt gt Y Cambio o actualizaci n de parametros Puerto I O Archivo de datos Datos Obtenidos a Memoria J S x Figura 5 26 Diagrama de flujo de programaci n de la PC 107 El programa de la computadora esta dividido 5 sub programas accesados por eventos individuales en un ambiente orientado a objetos de los cuales se describen a continuaci n Evento 1 cambio o actualizaci n de par metros se encarga de reprogramar o actualizar cierto tipo de par metros del sistema control del veh culo el ctrico para el adecuado o deseado funcionamiento del veh culo a trav s de un protocolo de comunicaci n espec fico entre la PC y el sistema Evento 2 recuperar datos de controlador se encarga de adquirir los datos provenientes de los diferentes sensores e
52. encargado de aislar la impedancia de salida La funci n de transferencia para dicho circuito de sensado se establece de la siguiente manera R3 Vo jeC R3 jaC 3 53 Vi R3 R2 jaC R3 1 jac T RET T 3 54 Vi R3 R2 R2 R3 joC que reacomodando los valores se tiene Vo 1 Vi R2 C JO R3 R2 7 R3 R2 gt Vo 1 3 55 Vi R2 C 1 jo R3 R2 C 59 Considerando que exista una disminuci n de voltaje deseado que R2 gt gt R3 y adem s que C sea grande para obtener un filtro pasa bajas cuya frecuencia de corte fc se aproxime a cero como se puede observar en la en la ecuaci n 3 56 para la frecuencia de corte de un filtro paso bajo 1 fe 3 56 el seguidor de voltaje debido a que la impedancia de entrada del amplificador operacional 1 es de alrededor de 200M proporciona un aislamiento de impedancias adecuado entre la entrada y la salida de dicho amplificador operacional Adem s como la ganancia t pica de una amplificador operacional ver Anexo B 11 como seguidor de voltaje es 1 no se alteran las caracter sticas de la senal sensada 3 3 8 2 Sensado de corriente En la figura 3 16 se puede observar el circuito de sensado de corriente denominado como medici n de corriente El circuito esta compuesto por tres partes Resistencia R1 de medici n que convierte b sicamente por Ley de Ohm la corrient
53. figura 5 10 consta una fuente de alimentaci n directa de las bater as principales regulada con un diodo zener de 15v y un divisor de voltaje resistivo Un circuito integrado LM324 en configuraci n de comparador detecta el cierre del interruptor mec nico y activa en su salida un rel de estados s lido que a sla la fuente de 12v del circuito controlador PIC 84 La utilizaci n de una resistencia de 100 conectada de la fuente de 15v a la entrada no inversora del operacional mantiene un aislamiento resistivo entre las fuentes de 12v y 15v y proporciona un potencial cuando la fuente 12v del convertidor CD CD no se encuentre conectado por m ltiples razones desconectado en forma intencional da ado fusibles quemados etc El capacitor de 0 01uF utilizado en este detector de contacto mantiene el potencial para que sea comparado con la referencia cuando el contacto se cierra el potencial en el capacitor cae de 12v 15v a Ov el cual va a ser menor que la referencia y por lo tanto se activar el fototransistor a la salida todo lo contrario ocurre si el contacto se abre nuevamente El detector siempre estar en funcionamiento debido a que tiene que monitorizar todo el tiempo cuando se acciona el llav n para inicializar el resto de los sistemas programaci n Rotativo Reversa Neutra Avance Amax gt 7 Icarga bat gt 13 05c1 RDS 28 4408
54. fuentes de drivers y fuente de alimentaci n CD CD Cuando la se al A es 14V y la se al B es OV se genera el ciclo positivo y cuando B es 14V y A es OV se genera el ciclo negativo Cuando y son 14V se genera un tiempo muerto como el observado en la figura 6 18 a Se utiliz el osciloscopio digital FLUKE 43B en captura de pantalla 15 Se refiere al lapso de tiempo en que ningun transistor del inversor esta en conducci n 118 OSCILOSCUOPIO OSCILOSCOPIO 1 E Ex 113 v DT eas 1 05 0001 ka ATRAS H ATRAS RECUPER H 18 H Figura 6 17 Se al de control monof sica b Se al de potencia monof sico para las fuentes La figura 6 18 a muestra la medici n de las se ales A y B una en referencia a la otra la cual genera el comportamiento del inversor monof sico en su salida Se puede notar el tiempo muerto en OV cuando A y B son iguales La figura 6 18 b muestra la salida de potencia filtrada del inversor monof sico se puede notar que el voltaje rms generado es de 120V a partir de 156VCD indispensable para poder ser conectado al transformador reductor del sistema Figura 6 18 Circuito convertidor CD CD implementado del proyecto En la figura 6 18 se puede observar la fotograf a de la implementaci n final del circuito convertidor CD CD que funciona como fuente de alimentaci n de los circuitos anal gicos 12V y los circuitos digitales 5 implementados en el pr
55. interes en este documento solamente explicar el tipo 54 3 3 7 1 Reguladores Reductores Modo 2 0 a ibj Circuitos equivalentes c Formas de onda Figura 3 15 Regulador Reductor con i continua En un regulador reductor el voltaje promedio de salida Va es menor que el voltaje de entrada Vs La operaci n del circuito se puede dividir en dos modos El modo 1 empieza cuando se conecta el transistor Q4 en t 0 5 Tomado de Rashid M H Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 55 La corriente de entrada que se eleva fluye a trav s del inductor L del capacitor de filtro C y de la resistencia de carga R El modo 2 empieza cuando se desconecta el transistor en t t4 El diodo de marcha libre Dm conduce debido la energ a almacenada en el inductor y la corriente del inductor continua fluyendo a trav s de L C la carga y el diodo D ver Anexo B 8 La corriente del inductor se abate hasta que en el siguiente ciclo el transistor Q4 se vuelve a activar Los circuitos equivalentes y las formas de onda se muestran en la figura 3 15 Dependiendo de la frecuencia de conmutaci n la inductancia del filtro y de su capacitancia la corriente del inductor puede ser discontinua El voltaje del inductor L es en general di 3 38 poke 3 38 Si suponemos que la corriente del inductor se eleva linealmente desde l4 hasta l2 en el tiempo ty L I AI Vs 1 L gt 3 39 f f AI
56. la sefial cada 30 son generados por los tiempos muertos de protecci n implementados 141 Como en dicho tiempo todos los IGBT s se encuentran desconectados el motor y su inercia se convierte en un generador que polarizan directamente los diodos de marcha libre de los IGBT s y por lo que dichos pulsos alcanzan el nivel de voltaje de la fuente de alimentaci n Ya se ha hablado de que se alcanz el objetivo de sensibilizar el programa microcontrolado a los valores posibles de la palanca de cambios El objetivo de esta selecci n es tener la versatilidad de conducir el veh culo desde alta autonom a baja potencia hasta baja autonom a alta potencia con el fin de hacer m s eficiente el consumo de energ a proveniente de las bater as y el mejor rendimiento del motor cuando se encuentra a carga plena Por supuesto con la ausencia de la posibilidad de probar el motor el ctrico aut ntico del veh culo no se puede ajustar adecuadamente el algoritmo de control compensaci n para alcanzar torque constante ver figura 5 16 El software programado hasta el momento tiene la propiedad de ajustar diferentes rangos de potencia variando la frecuencia y la modulaci n de ancho de pulso de los disparos de las compuertas de los IGBT s pero no lo hace referente a la planta motor de pruebas sino en forma independiente con valores preestablecidos Ser en el instante de las pruebas de campo con el motor correcto que se ajustar en for
57. microcontroladores de parte sistema del controlador y los conecta al circuito reprogramador conmutando el voltaje de alimentaci n Cuando los PIC s est n en 87 funcionamiento normal el pin 1 se encuentra con una alimentaci n Vcc 5v pero cuando est en programaci n la tensi n de esta terminal debe ser Vpp 12v Tambi n este rel se encarga de desconectar a los cristales para evitar inicializaciones repentina en medio de la programaci n Cuando el cable serie se desconecta del terminal 9 el rel retorna a su estado pasivo y la alimentaci n en el pin 1 de los PIC s vuelve a ser 5v FIC 1bFor AA ZDCLAM Conexi n con n 233 Micracontralador MAX 2334 Cargador de Baterias ANT E RD 30 12 RDE 28 1308019 RDS 28 7 14 0803 RD4 27 1 15 RCO E GNE 18 RC1 ajc V C21 GND 17 Raz 18 RC3 18 RDO Figura 5 13 Circuito de comunicaci n con puerto serie PC El circuito de comunicaci n con el puerto serie RS 232 de la computadora sirve para monitorear sefiales en tiempo real de voltajes corrientes temperaturas y frecuencia provenientes del microcontrolador PIC2 Es necesaria la utilizaci n de un circuito integrado MAX233 que sirve como adecuador de se al ya que convierte tensiones TTL del PIC a tensiones transmisi n serie est ndar y viceversa El MAX233 tiene b sicamente en su interior amplificadores operacionales como co
58. n Los sistemas electr nicos de control o controladores para veh culos el ctricos que se utilizan actualmente en la empresa est n hechos de forma compacta y cumplen adecuadamente las funciones para que un veh culo pueda funcionar Dicho sistema utilizado de la marca Solectria UMOC440T ver Anexo B 1 se observa en la figura 1 1 Figura 1 1 Caja del sistema controlador de velocidad existente UMOC440T Este controlador posee su circuiter a de control y potencia en una misma unidad que se considera puede ahorrar mucho espacio versatilidad debido a su modularidad pero que al mismo tiempo se necesita un alto grado de complejidad de 15 control digital aislamientos disipaci n de calor que eleva los costos de fabricaci n y por consiguiente el mantenimiento Por otra parte las condiciones de empleo de este sistema no son las mismas geogr ficamente a tal punto que la vida til del sistema sea menor en un pa s tropical como Costa Rica que en los Estados Unidos y se deban reemplazar en ocasiones en su totalidad con un costo aproximado de hasta 5 000 por unidad sin incluir los inconvenientes por derechos de patente tr mites de garant as de reparaci n que se deben efectuar ya que la tecnolog a solo existe en el extranjero Figura 1 2 Forma de conexi n de dos motores Otro problema como se puede observar en la figura 1 2 cuando un veh culo debe utilizar dos motores ver Anexo B 3 el costo por reparaci n y mante
59. pequena que es un circuito inversor monof sico de 156VCD a 120Vrms cuadrada ver figura 6 17 b y figura 6 26 necesaria para alimentar a los primarios de los transformadores de la placa de los drivers de los IGBT s En la generaci n de la sefial cuadrada alterna la utilizaci n de los tiempos muertos ver figura 6 17a logr evitar que los transistores de potencia del puente H se calentaran adem s de no alterar la senal alterna requerida Para el control del inversor se obtuvieron los resultados planteados La utilizaci n del microcontrolador simplific la construcci n de la circuiter a ver figura 6 23 que b sicamente se basa en la conducci n por pistas ver figura 6 24 o alambrado de las senales de salida y entrada del los microcontroladores a los drivers de los circuitos de potencia adem s del adecuado control de los tiempos de conmutaci n debido a que se realizaron de forma programada 135 igual que con el control del circuito del inversor trif sico el control del cargador de bater as fue muy simplificado y c modo en su elaboraci n y por ello fue conveniente la colocaci n de los dos microcontroladores en una misma placa de circuito impreso ademas de que pose an muchas senales en com n Otra particularidad que result conveniente y que simplifica la programaci n de estos circuitos de control es la incorporaci n de un circuito reprogramador con selector y acople de se al situado en la misma placa impresa
60. por la posici n de la palanca de cambios Este pone a la bobina del contactor en Ov provocando el rompimiento del enclavamiento el ctrico y abriendo el camino desde y hacia el inversor El contactor se utiliza como dispositivo de seguridad mec nico para que no exista aceleraci n alguna cuando se d la condici n de NEUTRO mec nico en la palanca de cambios Finalmente el circuito de la figura 5 4 posee varios tipos de sensores de corriente de voltaje de frecuencia velocidad y de temperatura que se explicar n en detalle posteriormente 76 Red VoutH Hegen Dom stica 3 B Inversor 220 V cr in Bifasico R eru 150mH F Baterias i Dx C3 2 2mF Su Sensor de corriente de carga Bat Carcasa GND Sistema Auxiliar A EEEE Opcional Tierra AR _ del driver Figura 5 5 Circuito de potencia del cargador de bater a con detalles del sensor de corriente En la figura 5 5 se muestra el circuito de potencia del cargador de bater a que posee una entrada de alimentaci n alterna de 220Vrms bif sico a trav s de un tomacorriente debidamente instalado en la carrocer a del autom vil Despu s de una etapa de rectificaci n a trav s de un puente la corriente pulsante pasa por un filtro LC paso bajo para que atenue el rizo 120Hz m s evite sobreimpulsos de tensiones y corrientes que pudieran darse en la red el ctrica externa de alimentaci n La frecuencia de corte
61. procurar la elaboraci n de un diseno de bajo costo de mantenimiento y fabricaci n que compita con lo establecido en el mercado Se tienen como unico antecedente a la intenci n por esquematizar la circuiter a interna de los controladores existentes para facilidad de mantenimiento local que debido a factores causados por las garant as derechos de patente y a la complejidad de los mismos se obtuvo como resultado el planteamiento por primera ocasi n en la empresa de un nuevo dise o de bajo costo en sustituci n completa del existente 18 Aunque dicho antecedente no se considera pr ctico en dise o si se obtuvieron las pautas a la necesidad de redisenar el sistema para la soluci n del problema de costo econ mico de fabricaci n y mantenimiento existente Como se observa en la figura 1 4 se efectuar la soluci n en dos bloques El sistema controlador polif sico inversor adem s de parte del sistema de recarga en espec fico el regulador cargador de bater as por medio de la red el ctrica dom stica La implementaci n de estos dos sistemas son los componentes b sicos que poseen los veh culos el ctricos puros y que forman parte de un proyecto total para un veh culo h brido el ctrico con fuente de energ a de aire l quido Sistema de Recarga Sistema Controlador Polifasico Inversor D Red El ctrica Dom stica Circuito e Electr nico 3 Fases de Potencia Inversor Frecuencia C
62. proveniente del sistema controlador circuito puente inversor en el momento que el motor se comporta como generador en el frenado del veh culo 156V e Se al de sensado de temperatura de la bater a se al de protecci n para evitar la fatiga del banco de bater as 25 Como salida se tiene e Salida de l nea de recarga energ a voltaje y corriente regulada para la recarga adecuada del banco de bater a El sistema regulador cargador est compuesto por los siguientes sistemas e Circuitos rectificadores est ticos con diodos se encargan de rectificar la corriente alterna proveniente tanto de la red dom stica como del sistema auxiliar de energ a para entregar una corriente contin a al circuito de potencia ver Anexo B 9 e Circuito de potencia se encarga de regular en alta potencia la energ a proveniente de los rectificadores est ticos y de freno regenerativo para la recarga de bater as seg n el mando proveniente del circuito de control PWM ver Anexo B 8 e Circuito de control autom tico se encarga de variar las caracter sticas del circuito de potencia por medio de PWM dependiendo de los sensores de control y temperatura de las bater as e Interfase puerto serie y PC figura 1 9 se encarga de la transmisi n recolecci n de datos para el diagn stico adem s del cambio de par metros Sensores Control y Mando Microcontrolador f 156 Regulador 12V 45V Interfas
63. que den como resultado un bajo costo de construcci n y mantenimiento eficaz de f cil fabricaci n y rapidez de implementaci n 4 4 Implementaci n de la soluci n Para el disefio de los bloques de potencia Se buscara informaci n sobre circuitos inversores para el sistema controlador inversor y sobre reguladores reductores fuentes de voltaje y corriente para el cargador de bater as Se realizar de forma amplia la cotizaci n de los componentes esenciales para la implementaci n de los circuitos de potencia Se realizar n pruebas de laboratorio y o simulaciones para evaluar el desempeno obtenido con respecto al deseado 64 Para el diseno de los bloques de control oe investigar bibliogr ficamente los m todos de control para regulaci n de velocidad de motores polif sicos con imanes permanentes Se realizar de forma amplia la cotizaci n de los componentes esenciales para la implementaci n de los circuitos de control Se har n pruebas de laboratorio y o simulaciones que ayuden a la escogencia del m todo m s eficiente para el control de velocidad Se investigar por medio de Internet los m todos de control para cargadores de bater as comerciales m s utilizados oe obtendr informaci n sobre el m todo de control utilizado en el cargador de bater as actual Se comparar el m todo de control implementado por medio de simulaciones y pruebas de campo con respecto al actual
64. sencillo de comunicaci n transmite y recibe los datos pedidos por el usuario en tiempo real En el evento 2 se invoca a una subrutina de tabulaci n y graficaci n de datos los cuales peden ser los provenientes inmediatamente del sistema del veh culo o almacenados con anterioridad Con el evento 3 se invoca la subrutina de manipulaci n de archivos el cual se encarga de archivar recuperar y editar los datos provenientes del sistema de control del veh culo 29 Capitulo 2 Meta y Objetivos 2 1 Meta El proyecto tiene como meta el diseno e implementaci n de un sistema de control para los veh culos el ctricos existentes en la empresa CNFL que sea de bajo costo de mantenimiento y fabricaci n para contribuir as en el desarrollo presente y futuro del transporte en Costa Rica 2 2 Objetivo general Dise ar e implementar un controlador polif sico inversor de potencia para veh culos el ctricos con sistema de freno regenerativo cargador de bater as por red el ctrica dom stica y prevista auxiliar 2 3 Objetivos espec ficos 2 3 1 Objetivos de hardware 1 Dise ar los circuitos de potencia del puente inversor y cargador de bater as 2 Dise ar los circuitos de control del puente inversor y cargador de bater as 3 Implementar el dise o de circuito de potencia de puente inversor 4 Implementar el dise o de circuito de control para el puente inversor 5 Implementar el dise o del circuito de po
65. son los tiempos muertos en el cambio de secuencia de las sefiales de control los cuales impidieron que se produjeran cortocircuitos en el momento de la conmutaci n sin perjudicar el funcionamiento de control de velocidad deseado Aunque el empleo de estos tiempos muertos incrementa los niveles de arm nicos en el sistema como se puede notar en la figura 6 12 con valores de THDr 25 3 stos no perjudican el funcionamiento total esperado para este tipo de sistemas no naturales Con respecto a la se ales de corriente ver figura 6 9 los resultados obtenidos concuerdan con la simulaci n realizada ver figura 6 2 respecto a la suavidad de la senal debido a la naturaleza inductiva de la carga empleada motor de inducci n La corriente tiende a ser m s semejante a una se al senoidal pura en cuyo caso es mayormente imperceptible para el funcionamiento del motor a diferentes velocidades ver figura 6 11 Los arm nicos producidos por esta se al como se puede observar en la figura 6 12 aunque posee una distorsi n arm nica THDr 37 296 mayor que en el de voltaje THDr 25 396 debido a los arm nicos de baja frecuencia generadores de la suavidad de la senal sta es correspondiente a un senal t pica en un motor La sefial de l nea resultante de la figura 6 8 se puede notar que es la esperada obtener en comparaci n con el ap ndice figura A 3 1 A diferencia de la sefial te rica los pequefios pulsos generados en los flancos de
66. v sequridad 214
67. 0000 r p m y 12000 r p m ver Anexo B 3 Por lo que requiere un sistema mec nico reductor engranajes acoplado entre el eje del motor y el eje de tracci n Adem s la inserci n de este reductor de velocidad entre ejes incrementa la potencia Es de consideraci n aclarar que no se han comentado a mayor profundidad los datos de cada parte ni diagramas de procesos pues se explican en otras secciones de este documento que por cierto tampoco son tantas a causa de la poca informaci n suministrada por el fabricante 3 2 Antecedentes Bibliograficos De las busquedas realizadas hasta el momento no se encontr informaci n relevante y en profundidad en el tema mucha de sta tecnolog a es experimental muy cambiante que no re ne un horizonte claro en lo mejor a utilizar de ella Por otra parte el secreto existente por los pocos fabricantes impide establecer los antecedentes electr nicos utilizados por ellos m s que las bases te ricas existentes en libros de texto sobre las partes que lo conforman de manera individual datos de fabricantes y algunas p ginas de Internet que filosofan sobre el tema ejemplo los motores el ctricos y sus diferentes formas de control bater as en general y cargadores comerciales de bater as de plomo para veh culos de combusti n interna 35 oin embargo en cuesti n de m todos para fabricaci n de veh culos el ctricos los m s actuales y vers tiles son los de la tecnolog a h brida que me
68. 11 18 RiseTime E A ns l 27A 48V term Tum Off Delay Time 240 15 Re 5 00 dg raum E Energy losses include tail and Es Total Switching Loss 23 mJ diode reverse recovery le Internal Emitter Inductance 13 Measured 5mm from package Input Capacitance 4000 Vee UV Output Capacitance 250 pF 30V See Fig 7 Ces Reverse Transfer Capacitance 52 f 1 0MHz Reverse Recovery Time 50 75 ns Ty 25 C See Fig E js TEC 4 de 25A Diode Peak Reverse Recovery Current 45 10 A Tj 2 amp C See Fig 80 15 125 15 Wa 200V Diode Reverse Recovery Charge 112 375 nC T 25 C See Fig 420 1200 T 1258C 16 difdt200A us T direcyw dt Diode Peak Rate of Fall of Recovery EJES Alus Ty 25 During ts 160 Ty 125 C Q E E WWW rf com 202 International IRGAPCSOUD T R Rectifier Notes Repetitive rating Vee 20V pulse width limited by maximum junction temperature figure 20 9 Veco B0 Vees Vee 20V L 10pH Re 5 012 figure 19 G Pulse width 80us duty factor 0 1 amp Pulse width 5 0us single shot Case Outline TO 247AC MOTES i DIMENSIONS 4 TOLERANCING PER ANSI Y18 5M 1322 2 CONTROLLING DIMENSION INCH 3 DIMENSIONS ARE SHOWN MILLIMETERS INCHES 4 CONFORMS T
69. 2 Secuencia de control para el inversor monof sico Voltaje en el Bobinado Primario A 0 9 Invalido no se produce 0 Voltaje Negativo 3 9 Vel 7 83 La frecuencia de oscilaci n el LM555 se obtiene de la siguiente manera ver ecuaci n 5 3 t alto RA C2 10 1uF 0 015 fy RB C2 100 LuF 0 015 1 fosc 50Hz 5 3 alto Y l bajo El diodo conectado en paralelo con RB permite obtener el mismo tiempo de carga y de descarga del capacitor C2 por tanto un ciclo de trabajo de 50 ayy 15 6 1 15 lt VAN GND 156 oc or Ingnicion o Apagado usd i Fusibles y 1UD ES 15 salida Contacto Oo 0 01 Llavin c 2 O00k5 35 E Circuito Accesorios carga 20 kg GND Figura 5 10 Circuito de contacto de llave de ignici n Debido a que el llav n del autom vil a utilizar en ste proyecto esta conectado al sistema de 12v del CD CD accesorios y se desea adem s utilizar el mismo lav n pero independizando de la fuente de 12v del CD CD es necesaria la utilizaci n de detectores de contactos que a slen el convertidor CD CD del sistema de alimentaci n del circuito inversor ver figura 5 10 Este detector dependiendo del contacto al que se encuentre conectado activa o desactiva la ignici n o el apagado de la fuente de alimentaci n de 12v y 5v de la figura 5 8 Ver tambi n Figura 5 9 El circuito de la
70. 8 rm m rm Acelerador Freno Lonvertidor Banca de Cambio de CD CD 12V Bater as Potencia Accesorios Heutro y Sistema de Alimentaci n Almacenamiento Reversa Baja Tensi n Energ a El ctrica Sensores Actuadores Potencia Datos Figura 1 4 Diagrama de bloques del sistema para veh culo el ctrico redisenado Como se trata de la primera ocasi n que se plantea el redisefio del sistema de control para veh culos el ctricos se tienen como posible soluci n basados en la figura 2 1 y para el sistema controlador polif sico inversor los siguientes m todos de control 19 1 2 1 Sistema Controlador polif sico inversor 1 2 1 1 Control de voltaje y frecuencia por t cnica PWM directo Esta t cnica de control var a tanto el voltaje como la frecuencia hacia el motor al utilizar el control PWM en la conmutaci n de los componentes del circuito de puente inversor manteniendo simult neamente la relaci n frecuencia voltaje que producen la variaci n de la velocidad con par constante ver figura 1 5 Cargador Circuito Baterias gt de Puente Inversor P E 3 JESF 3 JEG eu Frec E Motor Velocidad V Disparos de Control Frec PWM Al Sistema de Control Figura 1 5 Diagrama de bloque de circuito de potencia polifasico PWM Como entradas del circuito se tienen e Voltaje de las bater as encargadas de suministrar la potencia el ctrica de todo el sistema
71. C2 RD4 27 45 15 RCO money Bloqueo 18 RCA por recarga 17 bater as 1 8 RC3 Rca423 g 18 RDO g4 42 20 RD1 ga o Datos MM Clack Icarga 1 Temp M1 Frec M1 Fan Bat Temp Bat 1 o Temp Bat 2 bat vin Bat Vout Bat aL 2 T 3 Control Cruzado zu bo 5 roy a Pines de Entrada 3 Pines de Salida O Pines de Programaci n Ml Pines de Control Cruzado O Alimentaci n v Cristal z5w Reprogramador Figura 5 11 Circuito control inversor control cargador y reprogramador 85 Para facilitar el desarrollo del proyecto pruebas y puesta en marcha del sistema se ha desarrollado un circuito reprogramador de PIC s que se encuentra inmerso dentro del resto de la circuiter a y cuenta con la posibilidad de reprogramar cualesquiera de los dos PIC s existentes el PIC del cargador de bater a PIC2 o el del circuito inversor que controla al motor PIC1 ver figura 5 11 El objetivo principal de introducir el reprogramador es para no armar y desarmar continuamente las partes del veh culo en donde se encuentra ubicada la tarjeta impresa de control en el DASH para poder realizar reprogramaciones En vez de esto se cuenta con un conector DB9 externo para realizar la reprogramaci n del los microcontroladores seg n se desee La parte inferior izquierda de la figura 5 11 se muestra el conector DB9 el cual se conecta directamente a un circuito co
72. Instituto Tecnol gico de Costa Rica Escuela de Ingenier a en Electr nica Diseno prototipo de controlador inversor de potencia polif sico y cargador de bater as para veh culos el ctricos e h bridos tipo serie Primera parte Informe de Proyecto de Graduaci n para optar por el t tulo de Ingeniero en Electr nica con el grado acad mico de Licenciatura Carlos Antonio Desanti Gatgens Juan Williams Gonzalo S nchez Cartago 9 Junio del 2006 INSTITUTO TECNOL GICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIER A ELECTR NICA PROYECTO DE GRADUACI N TRIBUNAL EVALUADOR Proyecto de Graduaci n defendido ante el presente Tribunal Evaluador como requisito para optar por el t tulo de Ingeniero en Electr nica con el grado acad mico de Licenciatura del Instituto Tecnol gico de Costa Rica Miembros del Tribunal Firma Firma Ing Setgio Morales Hern ndez Ing Carlos Badilla Corrales Profesor lector Profesor lector Carlos Jim nez Robles Profesor asesor Los miembros de este Tribunal dan fe de que el presente trabajo de graduaci n ha sido aprobado y cumple con las normas establecidas por la Escuela de Ingenier a Electr nica ITCR Cartago 2 de Junio del 2006 Declaraci n de Autenticidad Declaro que el presente Informe ha sido realizado por mi persona utilizando y aplicando literatura referente al tema as como la informaci n que haya suministrado la empresa instituci n para la que se realizar el proyecto y apl
73. L Es deci S 1 V B V y la corriente del inductor se abate linealmente desde 1 gt hasta l4 en el tiempo t Al E i 3 40 AI L o bien l y 3 41 donde Al 1 h es la corriente de la componente ondulatoria pico a pico del inductor L Igualando el factor de Al en las ecuaciones 3 39 y 3 40 se obtiene V 7 V _ Vt L L Al 3 42 56 Si sustituimos ty KT y t2 1 se obtiene el voltaje promedio de salida como V Vs _ kV 3 43 Si suponemos un circuito sin p rdidas Vsls Vala kVsla y la corriente promedio de entrada I5 Kf 3 44 El per odo de conmutaci n T se puede expresar como _1_ AM L M L WX Y OS Lo que da la corriente de la componente ondulatoria de pico a pico como VIV V AL d S 3 46 1 es decir AI 3 47 fL Utilizando la ley de corriente de Kirchhoff podemos escribir la corriente del inductor ij como I Slat 3 48 Si suponemos que la corriente de la componente ondulatoria de la carga Aio es muy peque a y despreciable Ai Aic La corriente promedio del capacitor que fluye para 4 2 t2 2 T 2 es AI lo 4 3 49 El voltaje del capacitor se expresa como 1 f 2 0 3 50 y el voltaje de la componente ondulatoria pico a pico del capacitor es D CAL AI T OAT AV v v t 0 dt 3 51 gt Ye vel 3 SC 8 fC 0 97 Si se sustituye el
74. LECTRONICS INE 44 FARRAND STREET BLOOMFIELD NT 07003 973 748 S0B9 NTE2328 NPN amp NTE2329 PNF Silicon Complementary Transistors Audio Power Output Features Recommended tor 100W High Fidelity Audio Frequency Amplifier Output Stage Absolute Maximum Ratings T4 25 C unless otherwise specified Collector Base Voltage Vego 2 es 200V Collector Emitter Voltage Emitter Base Voltage Vego E Gunmen ot ee Lc Tk Base Current lg A Collector Power Dissipation T 425 C Pe cT il Operating Junction Temperature Tj 150 Storage Temperature Range lag 5 to 150 Electrical Characteristics T4 25 C unless otherwise specified Parameter Smis Tes Condions Win Tu Wax uni Collector Cutoff Current 200V Ip o Emitter Cutoff Current 50 Callector Emitter Breakdown Voltage E P DC Current Gain Collector Emitter Saturation Voltage ewen 199 81020 57 204 5 2 Max 1 030 26 16 137 3 5 Dia Max Note Collector connected to heat sink 200 14 International _ TOR Rect
75. Mame Volts Date 03 04 2006 50 Fund 60 0 Hz RMS 60 2 THOr 25 3 40 30 0 10 duos row ML gm Sr aaa Va A F c LM E UAE Lila cmo mum lili A E ee 60 0 239 9 4198 5947 7 96 3535 11394 13193 1484 3 15732 18591 20390 2218 9 2398 8 2578 7 27586 23385 Frequencies Hz Figura 6 12 Componentes armonicos de voltaje de fase producido por el inversor y motor La figura 6 12 muestra el contenido armonico de voltaje presente en la senal de voltaje donde se puede distinguir la frecuencia fundamental de 60 Hz un contenido de distorsi n arm nica total de 25 3 Se utiliz como instrumento de medici n el osciloscopio digital FLUKE 43B en captura de datos 116 Amperios mA 1 100 3 20 Datablock Mame Amps Date 03 04 2006 54 10 xi 2 BR cu 240 1 4202 600 2 7804 39605 11406 1320 7 15008 1690 9 1860 9 2041 0 2221 1 2301 2 2581 3 27614 29415 Frequencies Hz Figura 6 13 Componentes arm nicos de Corriente de fase producido por el inversor y motor La figura 6 13 se muestra el contenido armonico de corriente presente en la senal de corriente donde se puede distinguir la frecuencia fundamental de 60 Hz y un contenido de distorsi n armonica total de 37 2 Se puede observar que son menos significativas las armonicas de alta frecuencia ya que la onda
76. O DE L MITACI N CORRIENTE 0 7 _LA CARGA CON TENSION CONSTANTE 13 8 V TIEMPO h PARTE U Figura 3 17 Curva caracter stica de carga de bater as de plomo http www rcnoticias com Tecnicas Pb i http www absaar com cargadores de baterias cargadores de baterias serie m htm 61 De voltaje constante aplicando un voltaje adecuado de 2 45V por celda superior al nominal de utilizaci n de 2V la carga estar finalizada cuando la corriente de recarga solicitada por la bater a sea muy pequena y constante en un lapso de aproximadamente 3 horas ver figura 3 17 De voltaje y corriente constante sobre ste m todo y seg n indicaciones de fabricante manteniendo una corriente constante por ejemplo 0 4A a 0 7A por celda y un voltaje constante de 2 45V por celda a temperatura ambiente se logra cargar la bater a de forma segura y aumentando su vida util entre 6h a 12h ver figura 3 17 De voltaje de flotaci n este m todo utiliza una corriente m nima de carga con un voltaje de determinado por fabricante alrededor del voltaje nominal este m todo compensa las perdidas ocurridas en el tiempo para mantener la bater a al 100 de su carga hasta que sea utilizada Carga r pida en este tipo de recarga se utiliza grandes cantidades de corriente en lapos cortos de tiempo para restablecer la energ a dicha corriente debe ser controlada para evitar sobrecargas destructivas en cuanto la bater a este recargada completame
77. O JEDEC OUTLINE TO Z2ETAC LEAD ASSIGNMENTS 1 2 COL a 3 EMITTER 4 COLLECTOR LONGER LEADED 20mm VERSION AVAILABLE TO 24740 TO ORDER ADD E SUFFIX TO PART NUMBER 1 40 056 0 80 031 IK 00 030 22 map 1 018 usum S ce 2 80 1 102 2 20 087 3 00 118 CONFORMS TO JEDEC OUTLINE TO 247AC TO 3P Dimensions in Millimeters and Inches International TOR Rectifier IR WORLD HEADQUARTERS 233 Kansas St El Segundo California 90245 USA Tel 310 252 7105 TAC Fax 310 252 7903 Visit us at www irf com for sales contact information Data and specifications subject to change without notice 12 00 WWNW irf com 203 15 NTE ELECTRONICS IN 44 FARRAND STREET BLOOMFIELD NI 7008 973 745 5089 NTE3098 Optoisolator Phototransistor NPN Transistor Output Description The NTE30 8 consists of a phototransistor optically coupled to a gallium arsenide infrared emitting diode in a single 4 Lead DIP type package Features e Collector Emitter Voltage Vee 55V Min e Current Transfer Ratio c lz 100 Min isolation Voltage BY 5000m Min Absolute Maximum Ratings 25 C unless otherwise specified LED Forward Current le 50m Derate above 39 S ee n UL7mAPC Pulse Forward Current Vitus T Pulse 100 lep 1 Power Dissipati
78. Operation from split power supplies is also possible and the low power supply current drain is independent ol the magnitude of the power supply voltage ORDER CODE Part Temperature CT To LM124 55 125 e M224 maza 00700 V 4AN N Dual in Line Package DIP D Small Outline Package SO also available in Tape amp Reel DT P Thin Shrink Small Outline Package TSSOP only available in Tape amp Reel PT December 2001 DIP14 Plastic Package Plastic Micropackage TSSOP14 Thin Shrink Small Outline Package PIN CONNECTIONS top view Output 1 1 Output 4 Inverting Input 1 2 Inverting Input 4 Non inverting Input 1 3 Non inverting Input 4 C t4 Non inverting Input 2 5 Non inverting Input 3 Inverting Input 2 6 Inverting Input 3 Output2 7 Output 3 1 13 197 12 5V Powered Multichannel RS 232 TOP VIEW MAN 233 V GND V CS DIP SO J ARE FOR SO PACKAGE ONLY Drivers Receivers 5 INPUT 65 232 INPUTS OUTPUTS 4 x TTLICMOS Sk RS 232 OUTPUTS vct OUTPUTS 3 C1 icta W 2 DO NOT fo 3 12 6bPcXVIAI OccCXVIA mus CONNECTIONS TO THESE FINS INTERNAL B MEI POWER SUPPLY INTERNAL TOV GND GND POWER SUPPLY T Figure 11 MAX233 MAX233A Pin Configurati
79. RIS D OxFF MSB 11111111 LSB Salidas IGBT S 0 Salida 1 Entrada Port b pullups True setup adc ports ALL ANALOG 176 setup adc ADC CLOCK DIV 8 setup psp PSP DISABLED J setup spi FALSE setup psp PSP DISABLED J setup counters RTCC INTERNAL RTCC DIV 2 setup timer 1 T1 DISABLED setup timer 2 T2 DIV BY 4 255 2 setup ccp1 CCP PWM setup ccp2 CCP OFF enable interrupts INT ADC enable interrupts INT enable interrupts GLOBAL enable_interrupts INT enable_interrupts INT enable interrupts INT TIMER2 While true Ciclo infinito de Programa Principal Loop Carga Variables if Dato Rx 0 S amp amp Dato Rx 1 E amp amp Dato Rx 2 T 0 f Fin Muestra True Respuesta TX_TERMINADA False For 0 1 lt 7 1 TRANSMITIR I Dato TRANSMITIR Dato Rx I TX_TERMINADA True Fin Muestra False DELAY ms 1000 TRANSMITIR F TRANSMITIR I TRANSMITIR N DELAY MS 500 177 Ap ndice A 8 Valores posibles de las variables sensadas en proceso Tabla A 8 1 Estado de las variables sensadas en los procesos de tracci n y recarga de bater as y los posibles valores que toman VARIABLE Abreviatura de la VALORES POSIBLES variable 1 Voltaje en el motor 0 hasta 105Vpico Corriente de carga en el TM Se presume podr a ser de 0 a motor 9 250A nominal F Se presume podr
80. TE5363 1400 NTE6354 NTE6365 2 T A 1600 Maximum Mon Repetitive Peak TORUM Voltage Vasu NTE6354 NTE6355 een 500 NTE6356 NTE6357 TU DEEP DOE SE 720 358 NTE6359 RETURN 51 1 6362 NTE53853 45742 EE 22 1500V NTEG364 NTE6365 E TEN te 1700 Maximum Repetitive Peak MM Current Ty 200 C pee MTE6354 NTEBS55 nee ee inde ME MV MT T m 40mA NTE6356 WIEHJN ru c n 1 NIEBJ58 MIEB35E ________ DANIA 2 NTEG363 _______ DANA NTEG364 NTE6365 2222 m 2222 MEM 3 0mA Maximum Forward surge 5 ena EE 52004 Fusing Current Ft A A A O NE oe EE 195000 5 Operating Junction Temperature Tj Indicated Anode to Case polarity Cathode to Case polarity is standard M 40 to 180 C 194 Electrical Specifications Maximum Average Forward Current 180 sinusoidal condition Tc 130 C Max Maximum Peak One Cycle voltage Han Repetitize Surge Current reapplied t t 10ms 100 ie lied Maximum 14 for Fusing t 10ms voltage
81. Task Duraci n CRS aos Recopilaci n de Informacion a Evaluaci n de Alternativas de Dise o Investigaci n Bibliog Dise o Investigaci n Biblio Cotizaci n de Componentes d Dise o Pruebas y Simulacior Dise o Pruebas y Simulacior Dise o Investigaci n Bibliogr Dise o Info De Control de C Dise o Comparaci n M tadc Realizar Pedido de todos los Programa Determinaci n de Programa Probar Algoritmos Programa Comparaci n de Porgrame Rutina de Comunic Implentaci n Control y poten Implentaci n Control y Paten Dise o Implementaci n Dis Traslaci n a Impreza y Pruebe Circuiter a de Control en Cajas Montaje Circuitos de Potencia valoraci n y Montaje del Tabl PC Elegir Lenguaje de Alta M PC Programaci n y Pruebas PC Reprogramaci n de Par Auto Evaluaci n de todos lo Documentaci n Creaci n de Documentac n Exposici n y Figura A 6 1 Cronograma de actividades de Gantt a primera parte 165 25 sep 95 Task Name Duraci n SAI pede MN HS ap e Ini DH eo IS RAE Recopilaci n de Informaci n a 5 d as Evaluaci n de Alternativas de 5 d as Dise o Investigaci n Bibliag 5 dias Dise o Investigaci n Billing 5 dias Cotizaci n de Componentes d 2 daz Dise o Pruebas v Simulacior 10 d as Dise o Pruebas y Simulacior 10 d as Dise o Inves
82. UMOC can send signals to dashboard displays and exterior vehicle signal lights Features Regenerative braking Dimensions 488mmx225mmxl95mm e Automatic thermal protection e Over and under voltage limits for batteries Internal contactor e Self contained operation e High speed microprocessor Multi level safety systems Lightweight aluminum chassis ancl Custom Antione ei and Cuctam 37W 0144V meteo piugand play accessories Max Voltage Charge 400VDC 240VDC Specifications High power cooling system e Driver s console can be configured to operate single or multiple controllers e Factory customized parameter settings Battery Voltage vs Peak Power UMOCA25T Battery Voltage vs Peak Power UMOC440T 60 90 50 80 40 70 30 60 20 50 90 140 190 240 40 Battery Voltage V 60 210 260 310 360 1 Battery Voltage V Solectria Corporation 33 Industrial Way Wilmington MA 01887 USA Tel 978 658 2231 Fax 978 658 3224 sales solectria com www solectria com All specifications subject to change Revised March 2000 180 2 3 SOLECTRIA Overview The Solectria BC3kW is a state of the art microprocessor controlled electric vehicle battery charger for use with 220V AC input power or 120VAC at reduced power Because it is power factor corrected and highly efficient the unit can provide up to 3000 watts power output from a 20A 220VAC
83. a controlador se pruebe a su m ximo rango de funcionamiento en velocidad frecuencia el ctrica y por la capacidad reducida del motor no se pueden probar las tensiones corrientes y torques nominales del controlador Es necesario realizar pruebas m s amplias en el propio motor del veh culo el ctrico de imanes permanentes que posee alto rango de frecuencias de operaci n y corrientes del orden de los cientos de amperios 139 Tambi n se podr a apreciar con mayor claridad en este motor de mayor capacidad los diferentes rangos de potencia y velocidad contemplados en el software y hardware del sistema de control disefiado Debido a la ausencia de una fuente de alimentaci n adecuada o sea la falta del banco de bater as no fue posible realizar las pruebas de montaje y funcionamiento del motor el ctrico original del veh culo ya que no existe una fuente pr ctica que la reemplace si se emplea la rectificaci n en una red monof sica de alimentaci n industrial o residencial no se pueden lograr alcanzar los rangos de corrientes requeridos por el motor sin que se disparen los dispositivos de protecci n disyuntores y fusibles esto sin contar que la infraestructura en tuber as y cables no soporta la carga demandada Adem s si esta adaptaci n es posible no se podr an realizar pruebas de campo a carga plena por causa de la limitaci n de la longitud de los cables empleados desde la red al veh culo En resumen no se obtuv
84. a figura 5 1 se puede observar la distribuci n de pines de control y de sensado utilizados tanto en el control del inversor como del cargador de bater as Anteriormente se pens utilizar el puerto serie del controlador PIC1 para la transmisi n de datos debido a que es el que posee la mayor cantidad de senales de control Precisamente la cantidad de sefiales a controlar y recibir imped a agregar las del cargador de bater as PIC2 dando la necesidad de dos puertos serie para la recolecci n de datos uno para el inversor y otro para los datos del cargador de bater as Como la utilizaci n de dos puertos de recolecci n de datos se vuelve ineficiente se ideo duplicar las senales en el PIC2 de cargador de bater as debido a dos razones 1 El controlador del cargador PIC2 consta de pocas sefiales de 70 control quedando libre el resto de pines para ser utilizados 2 Debido a que control de carga de bater as es un sistema extremadamente lento puede ser utilizado sin ninguna interferencia de control para la transmisi n de los datos en tiempo real a la PC y viceversa lo cual no ocurre en le control del inversor el cual debe reaccionar r pidamente a cualquier variaci n o mando del usuario que la transmisi n de datos podr a alterar poniendo en riesgo al usuario Por tanto se eligi al controlador del cargador de bater as como el responsable de la transmisi n de los datos en tiempo real hasta y desde la PC 5 2 Descripci n del h
85. a vas se puede expresar en una serie de Fourier reconociendo que Va est desfasada en 7 6 y las arm nicas pares son Us y 35 hn of on 2 3 24 n 1 3 5 AT cero Y Vab pueden determinarse a partir de la ecuaci n 3 24 mediante el desplazamiento de fase de va en 120 y 240 respectivamente 48 Y 95 cod hen 4 2 3 25 n135 6 2 3 25 c 7 Pus cos sen n ot E p 22 3 26 El voltaje rms de l nea se puede determinar a partir de 2 27 3 1 2 2 NL 2 pe V E redo 2 V 0 8165 3 27 De la ecuaci n 3 24 la en sima componente rms del voltaje de l nea es 4y Y 3 28 6 que para n 1 da el voltaje de l nea fundamental 4 30 y s gt 0 7797V 3 29 El valor rms de los voltajes de l nea a neutro se pueden determinar a partir del voltaje de l nea y Ye 2 0 4714V 3 30 3 la ty 5 2 NK Figura 3 11 Inversor trif sico con carga RL Tomado de Rashid M H Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 49 cargas resistivas los diodos a trav s de los transistores no tienen ninguna funci n Si la carga es inductiva la corriente de cada brazo del inversor se reemplazar en relaci n a su voltaje tal y como se ve en la figura 3 10 Los transistores deben ser disparados continuamente
86. acional de Fuerza y Luz por permitirnos realizar nuestro proyecto de graduaci n en sus instalaciones y con su patrocinio Agradecemos tambi n al personal del Departamento de Transporte El ctrico de la C N F L al Ing Erick Bogantes Cabezas a los t cnicos el ctricos lv n Montes y Pedro Soto a la administradora Yolanda Conejo y a la secretar a Marlene NDICE GENERAL CAPITULO INTRODUCCION ales tinae b ed ton id tette 15 1 1 Problema existente e importancia de su soluci n 15 1 2 Sol clon selecclohada iecit alias 17 1 2 1 Sistema Controlador polif sico 20 1 2 2 Regulador cargador autom tico por red el ctrica 25 1 2 3 Software de controlador polif sico inversor cargador de bater as y PC 27 CAP TULO 2 META OBJETIVOS tienen trie tdi 30 rr 30 2 2 cs T T m E 30 2 37 QDICTIVOS 30 2 9 4 ObJelivos de DarmdlWSIG o 30 2532 XODJeuvoS de SOT Wale 31 2 9 9 ODIEUVOS de COCUIMEMLAC OM
87. ador de bater as y ste ltimo 9454 L1 2200 m Len Regulador Regulador Ajustabl T12w Ajustable ay H2V out EY F cod E ae 24000 TR ONO sr TAM E m BF C2 T All qa 16 ll Ko 2200 gF Fuente limentacion T 156YDL Puente inversor E 16v Monofasica Aislada F E GND ERU A GN Detector de Contactos Figura 5 8 Circuito regulador de voltaje fuente para 12V y 5V en cascada J En la figura 5 8 se muestra el circuito regulador de tensi n de donde se obtienen las fuentes de alimentaci n de 12V para todos los circuitos anal gicos que requieran de este voltaje y la tensi n de 5V para los microcontroladores y todos aquellos circuitos digitales TTL Los reguladores son del tipo ajustable para poder calibrar perfectamente 12v y 5v de cada una de las fuentes reguladas por lo que los circuitos cuentan con potenci metros destinados para este fin Las fuentes reguladas est n colocadas en cascada y no en paralelo para que la fuente que entrega 5v tenga una etapa previa de regulaci n y no exista ning n factor que vaya a alterar la alimentaci n a los microcontroladores que son los dispositivos m s fr giles de toda la circuiter a La utilizaci n de un transformador reductor y no de un simple divisor de voltaje para reducir el voltaje de 156v de las bater as a los 12v m nimos de la alimentaci n de los reguladores de la fuente ver figura 5 8B se debe
88. al rejection Thermal Regulation pulse 20 ms Adjustment Pin Current E Pin Current Change 10 mA lt 3 A 3 V 35 V Reference mmm 1 19 1 29 lt Vi Vg lt 35 V 10 lo lt P Line Regulation note 1 3 V Vi Vg 2 35 V Load Regulation 10 mA x lo 3 A Vo 5V note 1 Vo gt 5V note 1 Kyr Temperature Stability Trin T Tmax W Ss 2 Y I ca gls Minimum Load Current V Vo 35 V fs cn RMS Output Noise e Of Vo Tamb 25 C 10 Hz lt f 10 KHz Ripple Ratio camem Limit Vi Vo lt 10 V B Vo 30V co cn e Cu al 209 18 National Semiconductor LM2907 LM2917 Frequency to Voltage Converter General Description LM2807 LM2917 series are monolithic frequency to voltage converters with a high gain op amploomparator ds signed to operate a relay lamp or other kad when the input frequency reaches or exceeds a selected rate The tachom eter uses a charge pump technique and offers frequency doubling for kw ripple full input protection in two versions iLM2807 8 LM2947 8 and its output swings to ground for a zero frequency input The op amp comparater is fully compatible with the tachom eter and has a fkating transistor as its output This feature Allows either a ground or supply referred load of up to 50
89. amaci n de la rutina de reprogramaci n de par metros de control para el sistema controlador inversor Se evaluar los sistemas en conjunto realizando pruebas controladas en un veh culo verdadero evaluando por un an lisis de cotejamiento y rendimiento del desempe o con lo obtenido con los sistemas actuales Se fabricaran los manuales tanto t cnicos como de usuario detallados del controlador inversor y cargador de bater as con un circuito esquem tico para el mantenimiento y reparaci n de los sistema Se expondr n los resultados mediante presentaciones animadas y la creaci n de una pagina de Internet que explique las caracter sticas b sicas del sistema 67 4 5 Reevaluacion y redise o La soluci n del problema es de final abierto El sistema a desarrollar puede probarse en muchas condiciones de trabajo y con varios tipos de veh culos Para futuras mejoras del proyecto se deber permanecer pendiente de las ultimas tecnolog as en fabricaci n de bater as a fin de acortar los per odos de recarga de las mismas Otras opciones de rediseno podr an ser aumentar los par metros de medici n de las variables implicadas mejor y m s detallada visualizaci n de los valores significativos por el conductor por ejemplo exponer a trav s de pantallas de LCD los indicadores de carga de la bater a velocidad temperaturas etc Una de las contribuciones m s importantes al sistema es que se pueda realizar la se
90. ampo y recopilaci n de informaci n pr ctica del Departamento de Transporte El ctrico de la CNFL para obtener las caracter sticas de los sistemas actuales y poder disenar un sistema propio m s econ mico basado en stas Se utilizar investigaci n bibliogr fica para el dise o tanto el sistema controlador inversor como el cargador de bater as comparando su funcionamiento b sico con el actual y que puedan mantener un bajo costo con similar eficacia 63 oe obtendr n informaci n en la Internet de los ltimos y m s utilizados m todos para la recarga de las bater as realizando un an lisis comparativo con las caracter sticas del sistema cargador existente en al empresa y que a su ves sean f cilmente implementados para su bajo costo Se usar Internet para encontrar las normas m s recientes para la seguridad y manejo de las altas potencias valorando los riesgos existentes en ello que faciliten mantener un bajo costo de mantenimiento y fabricaci n oe consultar con los asesores sobre la herramienta de programaci n de alto nivel m s utilizada y econ mica que existen en el mercado adem s que sea f cilmente adquirida por la empresa 4 3 Evaluaci n de las alternativas y s ntesis de una soluci n se obtendr informaci n bibliogr fica y consulta a los asesores de las posibles soluciones existentes validando la mejor por medio de simulaciones an lisis de disefio y pruebas controladas de laboratorio y
91. ar energ a a las bater as as como obtenerla de estas 6 Transmisi n La transmisi n en un autom vil h brido cumple la misma funci n b sica que en un auto convencional Algunos h bridos como el Honda Insight tiene un sistema de transmisi n convencional a diferencia de otros como el Toyota Prius que cuenta con una transmisi n completamente distinta VENTAJAS Este tipo de veh culos presenta sobre los tradicionales las siguientes ventajas e Son capaces de conseguir una eficiencia doble lo que se consigue por la supresi n de la mayor parte de las p rdidas de potencia que se producen en los veh culos tradicionales e El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia absorbida lo que reduce las perdidas de eficiencia e El motor se dimensiona solo para una potencia promedio ya los picos de potencia los proporciona la fuente de energ a alternativa Esto adem s permite que el motor funcione siempre en su punto ptimo o muy cerca de l Por ello su eficiencia resulta doblada pudi ndose aligerar el peso y volumen hasta en un 90 e El motor puede desactivarse durante la marcha cuando no se necesita e La eficiencia del combustible se incrementa notablemente lo que se traduce en reducci n de las emisiones Los dise adores de autom viles h bridos pretenden conseguir estas ventajas sin que se produzcan p rdidas sustanciales tanto en el rendimiento del veh culo como en su autonom a
92. arameter Mi unis Rac JunciontoCase IGBT 0 Rec dunctionto Case Diode 08 Case to Sink flat qreased surface E ee Junction to Ambient typical socket mount W www irf com 1 12 30 00 201 International IRGAPCSOUD Rectifier Electrical Characteristics 25 C otherwise peer pee rec EEE Collector to TUE Breakdown ee Tv TIE Collector to Emitter TT Voliage Gate Threshold Voltage SR J Temperature Coeff of Threshold Voltage Forward Transconductance E mecs Zero Gate Voltage Collector Current Diode Forward Voltage Drop lags Gate to Emitter Leakage Current Switching Characteristics 25 C unless otherwise specified Parameter Mv Max units __ _ Q Gate Charge turn on 180 70 C Gate Emitter Charge tum on 25 138 nC Vec 400V See Fig 8 gc arn off See Fig 13 25A T 150 C Qu c ca Eu Gate Collector Charge turn on 61 90 EXP 122 eo pem as ns Ic 27A Vec 480V la TumOfDeayTme _ 140 230 Vee 15 Re 5 00 FalTme 110 Energy losses include tail and Em Tum On Switching Loss 0 99 diode reverse recovery ER Turn Off Switching Loss ie mJ See Fig 9 10 11 18 Tatal PATCR Loss 158 19 Tum OnDelayTime efa 150 C See Fig 9 10
93. ardware gx id 4 NS Jj A y P 1v2 Reversa ta e d 3 y4 Reversa ES 4 32 1 52 3 x mh HERE 50 A S y E peng EE de y d 7y8 Econ mico e E Mormal Power o 2b A E F Re 3a 9 y 1D Neutro p Econ mico 44 n 11 E EU aH 11 y 12 Neutra x 9 y Econ mico Normal M 0 Por Atr s lcd ossis Normal Normal Power TSF Power Econ mico Econ mico Neutra Neutra Heversa Heversa Vista de Panel por atr s Vista de panel por delante Figura 5 2 Esquema de palanca de cambios 71 En la figura 5 2 se puede observar la estructura externa e interna de la palanca de cambios que porta de f brica el veh culo el ctrico a utilizar La selecci n de los cambios de marcha es rotativa por medio de cinco posiciones fijas las cuales son REVERSA NEUTRO ECON marcha econ mica NORMAL y POWER marcha de m xima potencia En la parte inferior de la figura 5 2 se pueden observar las distintas posiciones que se pueden optar con la palanca de cambios y en la parte superior de la misma figura se observan los tres bloques de contactos que conmutan en diferente combinaci n cada vez que la palanca toma una nueva posici n Cada uno de estos tres bloques de contactos cuenta con dos pares de contactos para hacer un total de seis pares de contactos que se manipulan a trav s de la rotaci n de la palanca Los contactos se encuentran numerado
94. ario hardware desarrollado tiene el prop sito de brindarle a cualquier usuario del veh culo el modo de uso del sistema sus partes y la correcta conexi n entre sus m dulos durante el ensamblaje Para el mantenimiento y reparaci n de cada uno de los bloques que conforman el sistema se tiene el Manual T cnico que posee el detalle de la circuiter a de cada subsistema diagramas esquematicos y de circuitos impresos la interconexi n entre bloques y los valores pr cticos de los componentes a diferencia de este informe que posee valores te ricos Adem s brinda una breve explicaci n del funcionamiento de cada subsistema as como el flujo de la informaci n entre bloque y bloque EI Manual de Usuario de la PC software es el documento espec fico para entender y utilizar el software desarrollado para la adquisici n de datos tabulaci n y graficaci n de los par metros del veh culo esto es DATOELEC desarrollado como ya se mencion en la plataforma Visual Basic 6 0 para PC Este documento est dirigido al t cnico reparador y o ingeniero encargado del monitoreo del sistema Tanto el Manual de Usuario del hardware el Manual T cnico y el Manual de Usuario de la PC se adjuntan a este documento versi n digital en calidad de ap ndices debido a su amplio tamano y para un uso m s vers til La figura 6 18 muestra un circuito convertidor CD CD no especificado en los objetivos pero que result indispensable para el cumplim
95. bios bruscos en la tensi n cuando se abren se cierran los contactos ver figura 5 15 95 5 3 Descripci n del software 5 3 1 Software para el sistema controlador polif sico inversor oe puede observar en la figura 5 16 el diagrama de flujo del control digital para el sistema de hardware descrito anteriormente en lo referente a la variaci n de frecuencia y variaci n de voltaje promedio Para el mantenimiento del par constante el diagrama de flujo del control autom tico de un motor trif sico sincr nico es el siguiente Banco de Bater a Pedal Compensador Acelerador T 4 K2 gt PWM 1 Regulador Constante Variaci n d Compensador de K1 frecuencia 6 Inversor Delay Voltaje Frecuencia M d variable Figura 5 16 Diagrama de flujo del control de velocidad par constante El control para motores trif sicos sincr nicos mostrado en la figura 5 16 se basa en mantener la relaci n de voltaje Va y frecuencia Cm como constante d ver ecuaci n 2 1 dec 2 1 96 El cual mantiene el par del motor constante para cualquier velocidad en el rango nominal Cuando se incrementa por medio del pedal de aceleraci n el voltaje del regulador por medio del PWM este es compensado hasta la referencia debido a que la raz n voltaje frecuencia d variable es mayor que la referencia
96. cc BbYle 054 r 0 Leak Current 02 Ves 18V Ire S S ERE lec High Level Supply Current BY r S m Tas 25 C NE 5 m4 25 Wee 6 Ir 0 Woo BY Ru 5 52 Re 10 2 Tas 2570 0 3 2 0 vec BV Rue 5 C2 10 2 e so Propagation Delay Time Lowe High Woo 1 5 Ru 5 2 10 3 Tas 25 C Propagation Delay Time High Low Woo BV Ir25m amp RLu 25 2 Ri22 10 3 Tas 25 C Instantaneous Common Mode Rejection Yotage 1000 Output High Ta 25 View 600 peak Ir 5 mA RL12 470 3 RL22 1 k 2 0 5 v Instantaneous Common Rejection Voltage VIE 1000 Output Lew 25 C veu BUD peak lr 0 mA RL12 470 24 Fle 1k 2 Aveer 0 5 Piqueras 1 7 for bes hemalic California Eastern Laboratories 19 PS9634 PS9634L ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS ta 25 UNITS RATINGS SYMBOLS Input Reverse Voltage Forward Current2 Power Voltage Output Current O1 Peak Output Current O1 Output Current O2 Peak Output Current O2 Output Voltage O1 PARAMETERS 30 1 m 50 m 55 w _ C C _ _ oj o J a Power Dissipation Total Power Dissipation Insulation Withstand Voltage3 Vr m s 5000 Operating Temperature 20 to 80 S
97. cia el ciclo de carga de la bater a visto en la figura 5 22 se sensa las diferentes variable de medici n se pregunta en primera instancia si la temperatura en la bater a no excede la temperatura de funcionamiento adecuado si se excede no se realiza ninguna recarga y se espera en un ciclo inactividad de recarga hasta que la condici n cambie Si no se excede la temperatura se pregunta posteriormente si el voltaje de entrada es mayor al m ximo requerido si la condici n es falsa se mantiene en un ciclo de inactividad de recarga y si es verdadera se procede a preguntar si la capacidad de recarga es menor al 100 distribuido en diferentes etapas con cada etapa condicionada a un porcentaje de capacidad de carga total que proporcionan en conjunto una adecuada recarga de la bater a o banco de bater as en el caso de un veh culo el ctrico se debe tomar en cuenta que dicho diagrama de flujo es din mico y no pasivo por tiempo como se har a en cualquier cargador de bater as comercial ya que se prev n las posibles ampliaciones futuras del sistema del veh culo el ctrico incorporaci n de sistema auxiliar aire l quido y tomando en cuenta la energ a que se suministra en un frenado regenerativo de forma aleatoria y din mica cuando el veh culo el ctrico est en funcionamiento Por tanto se debe monitorizar din micamente en que etapa de recarga se encuentra la bater a 8 Control PWM Ref se al
98. circuit Fan position may differ from that shown Specifications The Solectria BC3kW can be used to supply power to the BC3kW battery pack of any small to mid size automobile or light duty truck or van Power Output Output BR W Output Voltage 4 144 or 195VDC P Voltage 144 or 156VDC Rated Efficiency e Charger temperature limiting Input Voltage 2 e Battery over temperature protection and temp erature Input Current 16A 220 Internal fuse protection input and output e Electrical isolation between input and output Dimensions 0mmxisImmxldemm e Charger on interlock drive disable Operating Temperatures Full power ambient temp of 25 C to 30 Reduced power ambient temp of 30 C to 70 Convenience charging 110V AC reduced power Available and Custom Options e Interface package includes mating connectors mounting hardware two temperature sensors and 20A external fuse with holder e Optional interface box with LEDs An engineering fee applies to all custom orders Solectria Corporation 9 Forbes Road Woburn MA 01801 USA Tel 781 932 9009 Fax 781 932 9219 sales solectria com www solectria com All specifications subject to change Revised February 2003 181 Anexo B 3 SOLECTRIA AC42 A amp B Overview The Solectria AC42 is a single output 70kW 3 phase AC induction motor with a nominal speed of 4k rpm and
99. clusiones 1 La implementaci n de los dise os de los circuitos de potencia y control tanto del cargador de bater as como del inversor trif sico para un veh culo el ctrico fue satisfactorio 2 Se diminuyeron los costos al reutilizar componentes electr nicos de potencia de controladores danados de otros fabricantes 3 El sistema original de mando por el usuario acelerador palanca de cambios llav n de ignici n o encendido se simplific a diferencia del sistema original 4 La prueba de los sistemas electr nicos diseriados e implementados en una mesa de prueba con un motor sin carga demostr con xito el funcionamiento del sistema y sus partes 5 Nose realiz la instalaci n f sica de los circuitos implementados dentro del veh culo para pruebas con motor del veh culo original por falta de materiales Banco de bater as 6 Se programaron en los circuitos de control todas las funciones necesarias para el funcionamiento de un veh culo el ctrico Reversa avance neutro cambios de potencia 7 No se efectuaron las rutinas de recarga de bater as planteadas debido a la ausencia de un banco de bater as adecuado 146 10 11 12 13 14 El programa de adquisici n graficaci n y almacenado de datos en la PC para el sistema de control del veh culo el ctrico cumpli seg n lo especificado La programaci n de los circuitos de control utilizando se logr utilizando una PC si
100. configuraci n de seguidor de voltaje Debido a que la corriente de la bater a es directa se debe utilizar una resistencia muy peque a SHUNT de aproximadamente 0 050 ver figura 5 14 d En sta resistencia al pasar una corriente se origina un voltaje en sus terminales el cual se amplifica con un LM324 como amplificador no inversor para obtener un 91 mayor rango de medici n que el presente caso posee una ganancia de 101 seg n la relaci n entre las resistencias del amplificador Como los voltaje son muy pequefios y las resistencias utilizadas muy grandes se logra obtener adem s un aislamiento que protege la circuiter a de control o microcontrolador En la figura 5 14 e se puede observar el sensor de voltaje de entrada en el cargador el cual utilizando un divisor de voltaje y un capacitor se logra disminuir y filtrar a un voltaje m s adecuado para la circuiter a digital Con la utilizaci n de un amplificador operacional LM324 como seguidor se logra un mayor aislamiento de la medici n y el resto del circuito La misma configuraci n es utilizada para el sensor de voltaje de salida del cargador solamente se var a la relaci n de voltaje del divisor debido a que se trata de voltajes diferentes en amplitud ver figura 5 14 1 Para la medici n de la frecuencia mec nica o velocidad del motor El sensor ver figura 5 14 g se compone de una pieza mec nica rotativa y un transductor ptico o magn tico que capta las desi
101. contactos del llav n se muestra en la figura 6 3 el comportamiento supuesto del estado de uno de los contactos La l nea m s oscura se interpreta como la acci n de cerrar y abrir el contacto llevando la llave a una posici n deseada cuando el contacto se encuentra cerrado la se al 110 es cercana a voltios y cuando el contacto se abre el voltaje de prueba se aproxima a los 14V La otra senal la m s oscura muestra el estado de la salida del amplificador operacional que sigue al contacto detectando su posici n El hecho que se note en el nivel alto que existan pequefios cambios cercanos del voltaje de salida del operacional es porque se realizan pruebas con y sin convertidor CD CD una bater a simula al convertidor y sta se desconecta a trav s de un interruptor que supone una falla o la ausencia del sistema de CD Cuando el voltaje de entrada del operacional sea m s alto 15V existe la presencia del convertidor CD CD y cuando el voltaje de entrada sea alrededor de 13V el convertidor ha sido desconectado El circuito de simulaci n que corresponde al detector de contactos del llav n se muestra en la figura A 3 3 del ap ndice A 3 Esta simulaci n fue realizada en el programa Multisim 2001 Desfasador de ventana para puente H 15 0 C 10 0 a S 50 E 0 E 50 d O 100 15 0 C 10 0 e 3 S 50 3 gt gt 0 a true a 50 E S a a O 400 50 5 450 0 0 10 01 20 0m
102. cter sticas del auto Estas bater as son de tipo selladas plomo cido con electrolito de gel de 12 Vcd cada una Conectadas como un banco en serie para poder generar cerca de 26 X 12 Vcd 312 Vcd Convertidor CD CD Se encarga de suministrar energ a a todo el sistema el ctrico de baja potencia arranque luces sensores Es de tipo comercial Provee 12 Vcd Controles de Veh culo El auto posee varios controles acelerador freno control de modo de freno regenerativo selector de marcha adem s de los otros controles t picos de un veh culo locomotor luces arranque etc Particularmente el control de modo de freno regenerativo se opera manualmente para que el mismo motor el ctrico regenere carga al banco de bater as mientras act a como generador auto en movimiento por inercia aprovechando las caracter sticas electromagn ticas de ste Ver Anexo B 4 34 Por otra parte con el selector de marcha se puede elegir avanzar hacia delante con la m xima potencia la segunda opci n es de modo ahorro de energ a y finalmente la opci n de reversa El auto no posee caja de cambios mec nica e El motor el ctrico es quien finalmente provoca la traslaci n del veh culo se puede encontrar l solo o acompariado de otro motor id ntico sincronizado electr nicamente con l por medio de otro controlador UMOCA25T Esto depende de si el veh culo proviene del fabricante de una o de otra manera El motor puede alcanzar entre 1
103. cuentra cerrado Regen Inversor A alo DT P Banco al Baterias nid cc Ignici n 15 Neutro Mecanico Sensor Temp ZEND Sensor Sensor de 9 E Voltaje Corriente M2 Efectivo Mia 8 d4 73 C4 Motor 1 Figura 5 4 Circuito inversor de potencia con detalles de la ignici n y los sensores En la figura 5 4 se muestra el circuito principal de potencia del motor Este consta de una etapa de puente inversor construido por IGBT s los cuales se encargan de transformar la energ a directa a alterna debido a la conmutaci n sincronizada de los IGBT s Las senales en las compuertas no solamente controlan la secuencia de disparo sino tambi n el nivel de tensi n aplicado al motor a trav s de un control por PWM en cada una de ellas En consecuencia el inversor controlar tanto el voltaje como la frecuencia del motor adem s seg n la secuencia de pulsos en las compuertas as ser la direcci n de giro que tendr el motor El circuito tiene un banco de capacitares en paralelo con la entrada de CD a fin de proporcionar estabilidad en el voltaje proteger contra picos de tensi n que puedan perjudicar los dispositivos y mejorar el factor de potencia de la m quina rotativa Otra de las etapas de este circuito es la etapa que se muestra a la izquierda en la figura 5 4 que se le denomina de activaci n la cual consta de dos tiris
104. da corresponde a la secci n de software de este mismo documento 89 Sensor Voltaje 1 al bi c1 SND GND a Sensor de corriente de carga del motor b Sensor de voltaje efectivo del motor VoutH cns o Bater as ne a T Irarga Bat c2 pout 220 uF GND END 4 Sensor de corriente de carga de la bater a e Sensor de voltaje de salida cargador vdd 12v 9 Sensor de velocidad rotativa del motor out 67HzY Termistor g 30k Ta GND c Sensor de temperatura VinH GND if Sensor de voltaje de entrada cargador Figura 5 14 Diferentes tipos de sensores utilizados en el sistema En la figura 5 14 se observan los diferentes sensores a utilizar en el sistema media y baja potencia a desarrollar Para sensar la corriente de carga del motor ver figura 5 14 a se utiliza un transformador de corriente que posee la ventaja de aislar el circuito y transducir la corriente de carga del motor a un voltaje manejable para circuitos de 90 Debido que la corriente el motor es variable el tiempo con un frecuencia dependiente al la velocidad del motor se utiliza un rectificador y un capacitor de filtrado que proporciona una corriente transformada a voltaje efectivo el cual es reducido a n m s por medio de un divisor de voltaje resistivo para que sea compatible con la tecnolog a TTL que utilizan los microc
105. de dicho filtrado se da con la siguiente relaci n 1 1 2 50 0 2 T 8 76Hz 5 1 Este valor de 8 5Hz obtenido en la ecuaci n 5 1 asegura la atenuaci n de arm nicos por encima de dicha frecuencia Despu s del primer filtro se realiza un sensado de la tensi n de entrada que posteriormente se explicar con mayor detalle El IGBT visto en la figura 5 5 es el encargado de cargar el banco de bater as por medio de un m todo de carga de tres etapas corriente constante voltaje 77 constante y voltaje flotante El disparo que este IGBT se da por medio del PIC16F877 2 encargado del control del cargador Este microcontrolador posee un programa que opera las distintas etapas de carga de la bater a por medio de un control de PWM en la compuerta del IGBT para que se cumplan con los requerimientos de carga de bater as seg n el fabricante Primero a trav s del sensado del voltaje de entrada y del voltaje y corriente de la salida a la bater a se determina la etapa de recarga a aplicar por medio de la secuencia de pulsos a la compuerta seg n el comportamiento de recarga que corresponda Para doble protecci n del circuito hacia las bater as existe otro circuito LC con un diodo de marcha libre que filtra las conmutaciones del IGBT antes del banco de acumuladores y cuya ecuaci n 5 2 define su frecuencia de corte 1 1 A Am LC 2 150 2 2mF 8 76 Hz 5 2 Existe un cond
106. de tabla como en grafico En la grafica se pueden seleccionar las curvas del sistema que el usuario desee ademas de unas cuantas estadisticas seleccionadas con los botones en la parte inferior izquierda como maximos minimos promedios y la regresion lineal estas estadisticas solo pueden ser activas por una unica curva a la vez Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 129 m Captura de Datos ai Comunicaci n Web Acerca de Abrir Muevo Crri Ul Salir Chrl s ar dar 3 Proy Graduacion Aceptar Programa Lancelar Figura 6 35 Ventana para guardar de los datos adquiridos en documentos En la figura 6 35 se muestra la ventana de la funci n de guardar un documento con los datos adquiridos con anterioridad en esta se acepta o cancela dicha informaci n La ventana posee adem s selectores de directorios y el espacio para colocar el nombre del archivo Para la funci n de archivo Nuevo se utiliza la misma ventana de la figura 6 35 solo s existen datos cargados en la tabla debido a la adquisici n o a la apertura de un archivo anterior Adem s de que despliega un documento o grafico nuevo en blanco o sin datos igual a mostrado en la figura 6 34 Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 130 OF eot de Datos Ye Archivo Comunicaci n 72 5 Acerca de Buscador THIS G2 A t Adelante Cancelar Refrescar Inicio Buscardor Add
107. del motor puede resultar demasiado alta Este tipo de control por lo general no se utiliza Si la frecuencia se incrementa por arriba de su valor especificado el flujo y el par motor se reducen Si la velocidad es s ncrona correspondiente a la frecuencia se conoce como velocidad base op la velocidad s ncrona a cualquier otra frecuencia se convierte en 05 PO PO o 0 En 34 d po P 39 La expresi n del par motor en la ecuaci n 3 1 se convierte en 3R V Par motor 11 ia Motor Figura 3 5 Circuito inversor trifasico Tomado de Rashid Electr nica de potencia circuitos dispositivos aplicaciones 3 5 40 Las caracter sticas t picas par motor velocidad se muestran en la figura 3 4 para diversos valores de p El inversor trif sico de la figura 3 5 puede variar la frecuencia manteniendo fijo el voltaje Si Rs es despreciable la relaci n par motor m ximo a velocidad base es 2e X X El motor m ximo a cualquier otra frecuencia 3 20 X p mH El deslizamiento correspondiente es Ss TK Normalizando la ecuaci n 3 7 en t rminos de la 3 6 A T E p 3 9 2 y Du 3 10 por lo tanto de las ecuaciones 3 9 y 3 10 se puede llegar a la conclusi n de que el par motor m ximo es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia y TmB se mantiene constante en forma similar al comportamie
108. ding UPS and SMPS Applications Operating Frequencies gt 20 kHz Hard Switching 2200 kHz Resonant Mode Low EMI requires Less Snubbing Direct Mounting to Heatsink PCB Solderable Terminals Very Low Junction to Case Thermal Resistance Absolute Maximum Ratings e Ves ColcoreEmMerVolage _ Ic Continuos Collector Current Tc 25 C Tc 122C 50 tom Pulsed Collector Current 20 kw Peak Switching Ourrent Diode Continuous Forward Current Tc 100 C Peak Diode Forward Current 200 Gate to Emitter Voltage ves RMS Isolation Voltage Any Terminal to Case t 1 min 2500 Maximum Power Tc 25 O 45 Dissipation Tc 100 C 175 Tc 25 C Tc 100 C www irf com 1 193 9 NTE ELECTRONICS IN C 44 FARKAND STREET ELOOMFIELD NJ 07005 973 748 5089 http wwrw nteinc com NTE6354 thru NTE6365 Silicon Power Rectifier Diode 300 Amp Features Diffused Diode e High Voltage Ratings up to 1600 Volts High Surge Current Capabilities Available in Anode to Case or Cathode to Case Style Ratings and Characteristics Average Forward Current 130 C legia 300A Maximum Repetitive Peak Reverse Voltage Veg NTE6354 NTE5355 T EE poa cu MS 400 NTEG356 NITES357 __ BDO NTEG358 NTE6359 _ MTM NR m BOE 1000 6362 N
109. dores que brindaron un similar resultado y a un menor costo de adquisici n Con respecto a la implementaci n de este driver se procedi a realizarse un disefio en placa de pistas PCB ya que no se manejan sefiales de potencia sino solamente sefiales de control que son asignadas a las compuertas de los IGBT s correspondientes a dichas senales 134 La fabricaci n de la placa de circuito impreso as el resto de las placas de otros circuitos fueron construidas con fabricaci n casera utilizando PCBExpress como software de desarrollo placas de bakelita y cobre percloruro de hierro impresiones l ser en filmina y soldadura de estano obteniendo un adecuado funcionamiento Ver figuras 6 24 y 6 27 La utilizaci n de los transformadores fue de gran efectividad en la alimentaci n de los drivers de los IGBT s que lograron el correcto aislamiento de cada una de las senales de compuerta sin que existiera interferencia por interconexiones en puntos comunes o por malas polarizaciones de los dispositivos Aunque la utilizaci n de los transformadores y sus respectivos circuitos de driver consumen mayor volumen que el disefio original su adquisici n y construcci n es muy accesible y de bajo costo Esto se puede ver en figura 6 22 en la parte inferior derecha placa larga con varios transformadores En la misma figura 6 22 se puede apreciar junto a la placa de los drivers de los IGBT s una placa impresa m s
110. dos los componentes forman una l nea la cual se conecta eventualmente con la transmisi n del autom vil COMPONENTES DEL AUTO HIBRIDO 1 Motor a Gasolina Este es similar al que tienen los autom viles convencionales Sin embargo el motor en un h brido es m s peque o y cuenta con tecnolog a avanzada que reduce las emisiones e incrementa la eficiencia del mismo 2 Tanque de Gasolina El tanque de combustible del h brido es la fuente de energ a del motor a gasolina La gasolina tiene mucho mayor densidad energ tica que las bater as Por ejemplo toma alrededor de 500 Kg de bater as para almacenar energ a equivalente a un gal n 3 5 Kg de gasolina 3 Motor El ctrico El motor el ctrico de un auto h brido es muy sofisticado Electr nica avanzada permite que ste act e correctamente como motor y generador Por ejemplo cuando es necesario puede tomar energ a de las bater as para acelerar el auto Pero como generador puede disminuir la velocidad para recargando las bater as 213 4 Generador Es parecido un motor el ctrico pero este s lo trabaja para producir energ a el ctrica Se usa m s en veh culos h bridos que tienen confiquraci n en serie 5 Bater as Las bater as en un auto h brido son la fuente de energ a del motor el ctrico diferencia de la gasolina en el tanque de combustible que solo puede proveer de energ a al motor a gasolina el motor el ctrico en el auto h brido puede suministr
111. e El secundario del transformador entrega 24VAC que es rectificada y regulada por medio de un zener polarizando los drivers en aproximadamente 20v Como ya se mencion los IGBT s del ramal inferior comparten una misma referencia a tierra junto con la principal del circuito de potencia por lo que no es necesario implementar una fuente independiente para cada IGBT sino utilizar una fuente m s robusta que soporte los tres drivers de esta secci n Despu s de cada driver se conecta un circuito de regulaci n y protecci n de corriente para manejar compuertas de IGBT s y cuyo valor t pico de polarizaci n es de 15VCD panes 5500 aterias m LETT F 155v i Fuente Alimentaci n Temp _ Puente inversor 4 1BV AC 550 GNO NN Monof sico C hacia IGBT O del cargador at m See n GNE g 5w Figura 5 7 Circuitos del driver y fuente del driver para los IGBT s del cargador El circuito del driver y la fuente del driver para el cargador de bater a de la figura 5 7 es similar a los circuitos descritos para la figura 5 6 La raz n para utilizar una fuente independiente es la misma indicada en el caso anterior no se comparte la referencia a tierra 80 El circuito astable 555 de esta etapa no es el mismo que el de las fuentes de de los IGBT s del circuito inversor por el motivo de tener independencia entre bloques de carg
112. e Puerto Serie Figura 1 9 Diagrama de bloques del sistema de control cargador de bater as Acoples Actuadores 26 1 2 3 Software de controlador polif sico inversor cargador de bater as y INICIO y sensar variables Cambiar Velocidad Figura 1 10 Diagrama general de flujo del controlador polif sico inversor En la figura 1 10 se muestra el diagrama de flujo general del controlador polif sico inversor el cual se encarga de controlar la velocidad y la direcci n del veh culo Este consta de 3 bloques principales que son la inicializaci n de variables o par metros el sensado de variables de control y la actuaci n de se ales para el cambio de velocidad En primera instancia el programa realiza una inicializaci n que verifica las se ales a sensar establece la configuraci n de puestos como entradas y salidas adem s de una verificaci n por control cruzado que protege contra programaciones incorrectas Despu s de la inicializaci n el programa entra en un ciclo de control que sensa las variables necesarias que permiten actuar a los componentes de potencia para que se haga lo especificado por el usuario de la forma correcta en cuyo caso es la direcci n y velocidad del veh culo 27 Tran mici n de Recargar Datos Baterias Figura 1 11 Diagrama general de flujo del cargador de bater as Para la programaci n del cargador de bater as ver figura 1 11 se divide en dos rutinas pr
113. e conmutaci n se muestran en la figura 3 14 La salida de los pulsadores de cd con carga resistiva es discontinua y contiene componentes arm nicas El contenido de la componente ondulatoria normalmente se reduce mediante un filtro LC Los reguladores conmutados est n disponibles en forma comercial como circuitos integrados El disenador puede seleccionar la frecuencia de conmutaci n escogiendo los valores de R y C del oscilador de frecuencia Como regla pr ctica a fin de maximizar la eficiencia el per odo m nimo del oscilador debe ser aproximadamente cien veces mayor que el tiempo de conmutaci n del transistor pro ejemplo si un transistor tiene un tiempo de conmutacion de 0 5 us el per odo del oscilador debe ser de 50 us lo que da una frecuencia m xima del oscilador de 20 KHz Esta limitaci n se debe a las p rdidas por conmutaci n del transistor mismas que se incrementan con la frecuencia de conmutaci n como resultado la eficiencia se reduce Adem s las p rdidas en los nucleos de los inductores limitan la operaci n en alta frecuencia El voltaje de control v se obtiene al comparar el voltaje de salida con su valor deseado v puede compararse con un voltaje de diente de sierra v para generar el voltaje de control PWM para el pulsador de cd Existen cuatro topolog as b sicas de los reguladores conmutados e Reguladores Reductores e Reguladores Elevadores e Reguladores Reductores Elevadores e Reguladores Cuk Es de
114. e en voltaje ya que R1 es aproximadamente menor o igual que 122 ver Anexo B 5 como se puede ver en la ecuaci n 3 57 ES Rea 3 57 El conjunto R1 R4 R5 y C2 en la figura 3 15 conforman un filtro RC paso bajas cuya frecuencia de corte fc2 se obtiene con la ecuaci n 3 58 ju TUER DEIA 3 58 Las resistencias R4 y R5 R1 por lo cual el paralelo de estas resistencias R1 en paralelo con R5 R4 dan aproximadamente R1 por lo cual la frecuencia de corte del filtro RC paso bajas se puede calcular modificando la ecuaci n 3 58 como 1 eyes 3 59 z RI C 60 El divisor de voltaje formado por las resistencias R4 y R5 con 4 gt R5 proporciona una atenuaci n de voltaje necesario para no saturar el amplificador operacional ver Anexo B 11 ya que la corriente en ste circuito de potencia son extremadamente altas Adem s al utilizar una configuraci n del amplificador operacional seguidor de voltaje se puede obtener un aislamiento de impedancias entre la entrada y la salida debido a la impedancia de entrada del amplificador operacional de alrededor de 200M ver Anexo B 11 3 3 9 Caracter sticas de bater as plomo cido SLA A diferencia de otros tipos de bater as las de plomo utilizan voltajes fijos en lugar de corrientes fijas para su recarga Tomando en cuenta dicha afirmaci n existen diferentes m todos para recargar una bater a de plomo de los cuales son Uu A X MANTENIMIENT
115. e la PC En la figura 6 31 se puede observar la ventana del programa principal en la que se realizan las funciones de adquisici n de datos graficaci n recuperaci n y guardado de datos entre otras funciones En la parte superior izquierda se encuentra el men donde se accesan las funciones de Archivo Comunicaci n Web y Acerca de Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 126 Captura da Datos NE ape Comunicaci n Web Acerca de Nuevo Guardar Salir Ctrl s DIRECTORIO ARCHIVO ose Ey X CS a Pray Graduacion 3 Programa EsTENCION EV Figura 6 32 Ventana para la apertura de un documento La figura 6 32 muestra la ventana para la apertura de un documento guardado con anterioridad el cual es accesado en el menu de Archivo abrir Esta ventana posee el rbol de directorio de extensi n de archivo y de nombre del archivo Para cargar el archivo de datos se debe hacer doble clic en el nombre del archivo deseado Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 127 amp Captura de Datos VE Archivo aaa Web Acerca de Puerto k Adquisici n m Baudios 9600 Puerto Paridad Minguna de Bits 3 Bit de Parada EE Terminar TIEMPO DE Trama Enviada 0 Recibida
116. e sistema de control 22 Figura 1 7 Diagrama de bloques en detalle del sistema de 24 Figura 1 8 Diagrama de bloques del regulador cargador de bater as 25 Figura 1 9 Diagrama de bloques del sistema de control cargador de bater as 26 Figura 1 10 Diagrama general de flujo del controlador polif sico inversor 2f Figura 1 11 Diagrama general de flujo del cargador de 28 Figura 1 12 Diagrama general de flujo de la 29 Figura 3 1 Diagrama de bloques del sistema controlador para VE utilizado 33 Figura 3 2 Circuito equivalente aproximado por 1 37 Figura 3 3 Caracter sticas par motor velocidad para un voltaje variable es el estator 38 Figura 3 4 Caracter sticas par motor por control de 40 Figura 3 5 Circuito inversor nnn nennen 40 Figura 3 6 Caracter sticas par motor velocidad con control volfs hertz 42 Figura 3 7 Caracter sticas par motor velocidad de los motores s ncronos
117. emas de los voltajes de fase teoricos en la carga 157 Ap ndice A 4 Circuitos de simulaci n 41 Key 1 102 Wi Driver 168 m E Kay 4 1 ME Figura A 4 1 Circuito de simulaci n para el circuito inversor con carga R 1 H Ri saci sohm R2 R3 P L3 L2 100mH 100mH Figura A 4 2 Circuito de simulaci n para el circuito inversor con carga RL 158 RT J2 zohm Key 0 ley Key Space CD CD Figura A 4 3 Circuito de simulaci n para el detector de contactos del llav n TL 170 170V 10 STOLIK 11 LM 31 AA y E 5 ovrt l 60 Hz py 390 Cl 62 O0WF cz 100 E3 47DuF 10k 68 Figura A 4 4 Circuito de simulaci n para fuentes de alimentaci n 159 5v 10kohrn R4 dE n Key 1 Key 2 Key 3 Key 4 t 1 2 3 10 11 12 7 8 C1 1uF 150 kohm SO kahm SO kahm 10kohm RO R1 R3 R3 Figura A 4 5 Circuito de simulaci n para el detector de posiciones de la palanca de cambios VIRTUAL 3 3kohm W2 12 Simulaci n 555 Ri VIRTUAL OUT 10kohm 1kohm 1kohm Figura A 4 6 Circuito de simulaci n para el detector de posiciones de la palanca de cambios 160 Ap ndice A 5 Lista de materiales cotizados a utilizar en el proyecto Tabla A 5 1 Materiales necesarios para el proyecto baja potencia Cant Componente Serie D
118. en flows through the console s 12 volt return inline fuse This fuse is not sized to carry large currents The condition described above is known as a ground loop Ground loops must be avoided for reliable vehicle operation The console circuit board will be damaged if the inline fuse is removed or replaced with a larger fuse Instead it is best to ground the drive system properly to prevent short circuits or poorly grounded accessories Once you have made all of the connections necessary for operating your ignition box or driver console you can now connect your system to the 12 volt power supply Installation 23 185 3 SOLECTRIA AHC2 Overview The Solectria AHC2 is used to measure a battery pack s state of charge by measuring the flow of current into and out of the SOLECTRIA battery The AHC2 accurately displays a battery level by closely monitoring the charging and discharging of the battery Battery Level pack When charging the meter counts backwards or negative and when discharging the meter counts up When the battery pack is fully charged the display reads 00 00 Anexo B 5 The standard configuration of the AHC2 includes an LCD display unit with enclosure shown at right and a measuring printed circuit board PCB to be mounted separately on the shunt also shown The AHC2 is also available with the PCB integrated inside a fuse box or High Voltage Distribution Panel HVDP See
119. es de entrada de mando y de control ver figura 2 6 en sefiales de voltaje f cilmente interpretables para el microcontrolador Acoples Actuadores son los circuitos que adecuan las se ales de salida para el correcto disparo de los componentes electr nicos de potencia y que son denominados Drivers ver Anexo B 7 24 1 2 2 Regulador cargador autom tico por red el ctrica dom stica Regulador Cargador Autom tico Del Circuito I ex ee Puente Inversor Regenerativo Linea Circuito Recarga Banco de Potencia 5 de Baterias Rectificador Estatico Sistema Aux Opcional Voltaje Ent Voltaje Sal Corriente Sal Re ctificador Circuito Est tico de Control Autom tico Red El ctrica Domestica Temperatura Figura 1 8 Diagrama de bloques del regulador cargador de bater as En la figura 1 8 se observa el regulador cargador en detalle conectado al banco de bater as este sistema se encarga de recargar red dom stica y o mantener sistema auxiliar aire l quido opcional la energ a en el banco de bater as adem s de la t cnica regenerativa Como entradas del sistema regulador cargador se tienen e Entrada red el ctrica dom stica entrada de energ a principal 220V para la recarga de bater as e Entrada de energ a auxiliar opcional proveniente de un sistema generador de energ a 220V e Entrada de energ a regenerativa
120. es directly with variable reluctance magnetic pickups m Op amp comparator has floating transistor output m 50 mA sink or source to operate relays solenoids meters or LEDs m Frequency doubling for kw ripple m Tachometer has built in hysteresis with either diferential input or ground referenced input m Built in zener on LM2917 m 20 39 linearity typical m Ground referenced tachometer is fully protected from damage due to swings above Yog and below ground Applications m Orerunder speed sensing m Frequency to voltage conversion tachometer m Speedometers m Breaker point dwell meters m Hand held tachometer m Speed govemors m Cruise control m Automotive door lock contral m Clutch contra m Horn contra m Touch or sound switches a Order Number LM2977M 8 or LM2917N 8 See NS Package Number MOSA or NOSE rud n ed corr cuanbal4 ZL62IN1 2062IW1 210 Typical Applications REILIUETARNCE PICK LP r Minimum Component Tachomete Speed Switch Load is Energized When f r 1 IN PTT 211 Anexo B 19 VEHICULO HIBRIDO ELECTRICO HEV INTRODUCCI N Un veh culo h brido es aquel que combina dos o m s sistemas que a su vez consumen fuentes de energ a diferentes Uno de los sistemas es el generador de la energ a el ctrica que consiste en un motor de combusti n interna de alta eficiencia combinado
121. es un poco m s suavizada que la de voltaje debido a la inductancia del motor Se utiliz como instrumento de medici n el osciloscopio digital FLUKE 43B en captura de datos OSCILOSCOPIO OSCILOSCOPIO e BB 1 2 js __ e 201 de 606 000 ATRAS RECUPER HWH ATR S RECUPER ET a b Figura 6 14 Comparaci n Entrada 1 y Salida 2 del Max233 en la transmisi n serie En la figura 6 14 a se observa la comparaci n de la se al digital del puerto serie del microcontrolador PIC2 canal 1 del ORC y la salida del circuito integrado Max233 canal 2 del b se observa una r faga de tranamici n ambas tomada desde el Pin 26 del PIC2 y Pin 5 del Max233 ver figura 5 13 y utilizando el osciloscopio digital FLUKE 43B en captura de pantalla 117 OSCILOSCOPIO 3005 0000 ka HOVEROO Mull EE Figura 6 15 Se al de salida del sensor de palanca Mostrado en la figura 6 15 la se al producida por el sensor de palanca en sus diferentes posiciones Se utiliz el osciloscopio digital FLUKE 43B en captura de pantalla OSCILOSCOPIO OSCILOSCOPIO 1 1048 ATRAS RECUPER 048 v ATRAS RECUFER Figura 6 16 Se ales de control A canal 1 y B canal 2 del inversor monof sico para las fuentes En la figura 6 16 se observa las se ales de control A y B ver figura 5 9 que controlan la conmutaci n del puente H inversor monof sico para las
122. esa 69 El cumplimiento de dicha meta recae en el circuito de control 2 como se puede observa en la Tabla 5 1 sus ventajas en comparaci n con las del circuito de control 1 constan de realizar una programaci n m s compleja a costo de abaratar la parte de hardware Esto es debido a que si se emplea un control de voltaje controlado antes del inversor el IGBT de esta etapa deber ser muy robusto por lo tanto muy costoso junto con los filtros reactivos que requieren para regular la tensi n hacia el inversor todo esto adem s del espacio f sico que ocupan La utilizaci n de circuitos sencillos f ciles de ubicar y entender reducen el tiempo en mantenimiento y reparaci n Por tanto el circuito de control 2 se elige como soluci n para el problema PICT Circuito Inversor PIC2 Cargadar de Baterias Icarga 1 Frec M1 Aceleradaor F reno Regen Temp Bat 1 Heversa Neutra Avance Amin Icarga hat gt Temp Bat 2 carga hat vin Bat Vout Bat Veco VCC o 13 05c1 RDE 28 A 13 5 1 RDS 28 140502 RD4 27 OS8C2 RD4 27 15 RCO 3 a Pines de Entrada 15 18 RC B Fines de Salida 17 ROD O Pines de Programaci n A Pines de Control Cruzado 18 RCS O Alimentaci n y Cristal g 18 RDO El Previstas g2 20 RDA O NC 17 RC2 Figura 5 1 Distribuci n de pines de los microcontroladores del sistema inversor y cargador En l
123. escripci n COLS Precio Total Unit 6 Base Montaje 14 14 3500 21000 4 X Capadtre _ 5000 420000 14 Capacitores 100716 6000 84000 6 _ Capaitres 204 5 6 _ Capadtres 2200gF 16v 3500 21000 8 Capacitores 2200uf 35v 7800 62400 40 Capacitores 2200uf50V 180 00 47 200 00 Para Conector DB9 2 CristaldeCuarzo MHz 35500 71000 ome te 80 Diodos Rectificadores 1N4001 NTE116 600 PRV 1A Diodos Rectificadores TA8162 NTE515 800 PRV 3A 1 830 00 43 660 00 1N5231 1N5245B 5 Diodos Zener dd ZD 20 0V 0 5W 459 00 4295 00 5029 05 Fusible con porta 250v 2A porta Fusible con porta 24V 3A porta Fusibles con porta 250v 1 porta Fusibles con porta 12V 1 porta Generador Oscilador LM555 NTE955M Oscilador DIP i Tama o T3 4 enos MAX233 Acoplador Puerto Max233 MAX232 5222 2 000 00 42 000 00 Microcontrolador PIC 16F877 Dip 40 pines 20 MHz 4 250 00 48 500 00 Opto Transistor NTE3098 50mA BVCBO 55V 280 00 3 360 00 1 Polted meros fkO 1W 1 Poted mers 5kO 1W 4 Potenci metros 10kQ 1W 161 Potenci metros 200KO 1 2W 220 00 440 00 2 Regulador Ajustable LM317 NTE956 1 2 37v 1 1 5A 751 00 751 00 Placas de Bakelita y Cobre
124. espa ol de la Compania Nacional de Fuerza y Luz Delay palabra en ingl s que se refiere a un tiempo de espera en las operaciones de un programa en general Disipador referido a estructura met lica que efect a un intercambio de calor para enfriar componentes electr nicos Disparo s referido a los pulsos el ctricos que accionan ha determinado componente electr nico en el sistema DASH palabra en ingles referida al tablero de instrumentos interior de la cabina del conductor Drivers Palabra en ingl s para referirse a los circuitos que manejan adecuadamente el funcionamiento de otros circuitos del sistema E 10 modelo de veh culo el ctrico de la marca Solectria tipo pick up Estator parte fija o inm vil de un motor el ctrico Evento referido a la programaci n orientada a objetos en la cual una aplicaci n o procedimiento se activa si ocurre alg n suceso espec fico ejemplo un doble clic en un rat n de computadora 152 Freno Regenerativo caracter stica de frenado que utiliza la resistencia el ctrico magn tica al movimiento de un generador Hardware denominaci n t cnica referida a la parte f sica de un circuito o sistema Hexadecimal tipo num rico que utiliza base de 16 Hibrido referido a la utilizaci n o combinaci n de dos tecnolog as para un mismo fin en esta caso el ctrica electr nica y neum tica para un veh culo el ctrico Inversor polif sico circuito puente o sistema electr nico
125. especiales que son A Juan W Gonzalo Torres mi padre que no tengo palabras para agradecer la ayuda recibida en todos los sentidos a marcado su vida de sacrificios para entregarnos a sus hijos una educaci n y con su ejemplo ensenarnos a ser personas de provecho a la sociedad A mi esposa Diana Marcela Jim nez por su paciencia en todos los anos de noviazgo y por ser mi inspiraci n A mis amigos de siempre Erick Diego y Manrique nunca me dejaron solo A mis familiares y parientes Teresita Patricia mis hermanas de sangre y de estudio A mi hermano Donnie siempre alegre A mis suegros Do a Ana y Don Carlos que nunca me dejaron solo y me trataron como a otro hijo mis cu ados y a sus parejas A mis comparieros de estudio que me ayudaron en momentos buenos y malos Carlos Abarca Emilio Calder n Felipe Blanco Jorge Chavar a Aldo Diener Christian Beatriz Jos M Arauz y otros tantos Y tambi n de ultimo pero no menos importante a mi companero Carlos A Desanti que me permiti trabajar con l en este proyecto y poder desarrollar juntos un sue o Agradecimientos Damos agradecimientos al Instituto Tecnol gico de Costa Rica por servir de casa para nuestra educaci n superior Agradecemos a los siguientes profesores de la Escuela de Ingenieria Electr nica del I T C R al Ing Juan Carlos Jim nez al Ing Carlos Badilla y al Ing Sergio Morales miembros del tribunal evaluador Les damos las gracias al Compafi a N
126. est basado en divisores de voltaje resistivos que conectan y desconectan resistencias en paralelo seg n corresponda la opci n Como se observa a la derecha de la figura 5 15 se expresa un resumen de las diferentes conexiones posibles y los contactos que se conectan por opci n Los n meros correspondientes a cada uno de los contactos son los mismos que se observan en la figura 5 2 93 Cuando se selecciona REVERSA con la palanca de cambios el unico interruptor que se cierra es el que se encuentra entre los contactos 1 y 2 Esto provoca que se forme un divisor de tensi n entre la resistencia R4 y RO ver figura 5 15 El voltaje del divisor que es enviado a entrada anal gica del PIC1 tiene el siguiente valor Vsal Vcc a A 4 69v 5 4 RA 150 10 La ecuaci n 5 4 muestra el mismo valor indicado en la figura 5 15 para la posici n de REVERSA Las ecuaciones 5 5 5 6 5 7 y 5 8 justifican los valores de cada posici n que se observan en la figura 5 15 y en la tabla 5 2 As para las siguientes opciones de posici n de la palanca de cambios se tiene e NEUTRO se conectan las resistencias R1 y R2 _ R1I R2 30 30 Req p o O R1 R2 30 30 R 15K Vsal Vee 1 3 00v 5 5 Req R4 15 10 KQ e ECON se conectan las resistencias R1 R2 y R3 1 1 5 22 22 25 i E EE l 1 RI R2 R3 30KQ 30 10 Ed S S 1 87v
127. exi n en estrella OSCILOSCOPIO ATRAS RELUPER Figura 6 10 Voltaje de fase 1 y fase2 del inversor trif sico carga resistiva con PWM En la figura 6 10 se tienen los voltajes de fase 1 y fase 2 del inversor trif sico con una carga resistiva con PWM se puede notar el mismo desfase que en la figura 6 9 exactamente a 120 grados una de otra Se tomo utilizando un osciloscopio digital marca FLUKE 43B en captura de pantalla y con un punto com n neutro de la conexi n en estrella 115 Voltage Corriente Bn 28 1 E LEE a zzz 3f3 Voltage 35 233 037042006 20 ms Div 15 18 1 amp 400 ms 250 254 98 V 65 131 SIUS M 415v 8 1 m 165 3 1 Current 22 03 1995 715 1 9 i 40 0 ms 6 9 ize 250 254 265 m Maximum 14 0 m Minimum Underload 415 11 5 x 40 0 ms ms 40 0 ms 20 0 ms 120 0 ms Tiempo Div 20 me Diw Figura 6 11 Voltaje y corriente de fase en fase del inversor trif sico con carga de motor Inductiva La figura 6 11 muestra el voltaje y corriente de fase del motor con carga de motor a baja frecuencia de 19 Hz 52ms para obtener una medici n de corriente perceptible por el osciloscopio ya que la sensibilidad del osciloscopio es muy poca debido a que se utiliza para medir corrientes muy altas del orden de amperios El osciloscopio utilizado es de la marca FLUKE 43B en captura de datos Volts v 1 2 100 T 90 50 FO D atablack x
128. ga a alcanzarse se obtendr an los siguientes beneficios e Bajo costo de fabricaci n y mantenimiento al implementar una tecnolog a m s aut ctona y sencilla e Un esquema electr nico que simplifique y ayude en la detecci n r pida de problemas fallas o calibraci n e disminuci n de la dependencia de organismos o empresas extranjeras que fabrican controladores de veh culos el ctricos e La utilizaci n de mano de obra costarricense 1 2 Soluci n seleccionada Los requerimientos de la primera etapa para este proyecto se basan en mejorar dos de los principales bloques del sistema de veh culos el ctricos que son el controlador universal y cargador de bater as 17 el sistema controlador inversor polif sico se requiere e Potencia nominal 38 Kw e Corriente nominal 250Ayms e Voltaje nominal 110Vms e Voltaje de bater as 156 e Control de 3 fases e Circuitos de control separados de los circuitos de potencia e Fuente de alimentaci n independiente del convertidor CD CD ya existente Conexi n con computadora personal PC Para el cargador de bater as se requiere e Conexion a red el ctrica dom stica monof sico 220V ms e Prevista de conexi n de sistema auxiliar de energ a e Control de t cnica regenerativa e Control de multiples etapas de recarga e Fuente de alimentaci n independiente del convertidor CD CD ya existente Para estos requerimientos se necesita
129. gualdades del la superficie del disco que se traducen a impulsos el ctricos cada vez que rompen su campo Estos impulsos son captados por un circuito integrado LM2907 que convierte los impulsos en un voltaje directo proporcional a la velocidad o veces por unidad de tiempo que ocurren los impulsos obteni ndose as una mejor interpretaci n por parte del sistema digital de la velocidad de giro mec nico del motor Este circuito integrado LM324 var a su rango de medici n dependiendo de los valores de capacitancia y resistencia conectados a sus terminales con el fin de lograr el mejor margen de medici n 92 Fever Meutra 8 10 11 12 Econ 8 10 11 12 7 8 1 87 Normal 11 12 7 8 GRO Figura 5 15 Circuito convertidor de posici n a voltaje de la palanca de cambios Como ya fue descrito la palanca de cambios posee cinco posiciones para que el usuario pueda elegir la marcha del veh culo Los contactos de esta palanca no son independientes entre s sino se realiza una combinaci n de los 6 pares de contactos cada vez que se selecciona una posici n por el usuario Es necesario implementar un peque o detector de posici n de la palanca con base en la conmutaci n de los contactos de cada una de las opciones de sta La figura 5 15 muestra como con una configuraci n de resistencias se pueden detectar las diversas combinaciones de contactos en cada cambio de posici n de la palanca El sistema de detecci n
130. gunda etapa en donde se logre una transformaci n de veh culo el ctrico a veh culo h brido el ctrico neum tico ver Anexo B 19 al introducir un sistema neum tico con un motor de aire en lugar de gasolina que genere corriente alterna trif sica a partir de un fuente de energ a limpia aire l quido y as complementar la energ a que aportan las bater as para incrementar la autonom a del veh culo ya que la duraci n de la carga alcanza poca distancia alrededor de 70 Km 68 Capitulo 5 Descripci n detallada de la soluci n 5 1 An lisis de soluciones y selecci n final Para el control de los circuitos de potencia del inversor se encontraron dos diferentes m todos de control Control por variaci n de voltaje y frecuencia por separado y por voltaje y frecuencia en conjunto mediante un PWM Tabla 5 1 Circuito de Potencia Control de voltaje de 1 entrada variable y frecuencia por separado Una sola medici n de corriente y voltaje 2 M dulos separados para control de voltaje frecuencia Se utiliza Un solo modulador PWM de ancho de pulso constante por semiciclo sin sincronizar Facilidad de programaci n Un solo filtro de entrada elimina gran cantidad de arm nicos Se facilita el frenado regenerativo ya que la energ a puede retroalimentase cargador bater as controlando el suministro de recarga sin circuitos adicionales control del Un componente m s de potencia IGBT a con
131. hicles Makers Develop Sustainable Autonomy Controllers Multi Phases Investor Maintenance Under Cost Regenerative Brake Hybrid Technology Dedicatoria por Carlos Antonio Desanti Gatgens A mi madre y padre Sonia Gatgens y Guillermo Desanti por su apoyo incondicional para que pudiese realizar con xito mi carrera la cual con alegr a les dedico que sin contratiempos a mi persona y en condiciones que considero jam s uno pudiese haberse imaginado de la vida Gracias ello tambi n es fruto de sus esfuerzos A mis hermanos Guillermo y en especial a Henry los ltimos a os por ser mi sustento durante la poca de mis estudios Dedicatoria por Juan W Gonzalo S nchez Este Proyecto de Graduaci n se lo dedico principalmente a mi madre Teresita S nchez Salas la cual siempre procur ensenarme a hacer lo correcto y trat de darme un buen ejemplo en todo lo que hac a Aunque ya no se encuentra entre nosotros estoy seguro que se encontrar a orgullosa de ver lo que he logrado como persona y como profesional y que ella con su ltimo respirar procur apoyarme en todo momento y de todas las formas posibles Tambi n quiero dedicar este trabajo a todos los seres queridos que siempre me han apoyado agradeci ndoles adem s por todos los medios que me han facilitado a lo largo de mi carrera de ingenier a y en mi vida como individuo Estas personas quisiera nombrarlas para que en este documento quede evidenciado lo
132. ica se pueden realizar artefactos tecnol gicos y de tecnolog a propia Tanto en la adquisici n de datos del sistema a la PC como la de reprogramaci n de los dispositivos de control se deben realizar con fuentes independientes o sea no debe conectarse a la misma red el ctrica externa la PC y el sistema del veh culo 148 Bibliograf a Libros de Texto 1 Couglin Robert F Driscoll Frederick F Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales Quinta edici n Prentice Hall M xico 1999 2 Rashid Electr nica de potencia circuitos dispositivos y aplicaciones Segunda Edici n Prentice Hall M xico 1995 P ginas de Internet revisi n de actualizaci n 12 6 2005 P ginas de la Empresa 3 http www cnfl go cr Esta es la p gina principal de la Compa a Nacional de Fuerza y Luz CNFL 4 http www cnfl go cr proyectos conservacion TRANESP principal htm Esta es la p gina principal del departamento donde se efectuar el proyecto oolectria empresa fabricante de VE 5 http www solectria com Esta es la p gina principal de los fabricantes de veh culos el ctricos obtenidos por la CNFL 6 http www solectria com products accomp html e10 esta p gina se describen los diferentes tipos de veh culos incluyendo el utilizado en el proyecto del fabricante Solectria T cnicas de carga de bater as y tipos de bater as 7 http www rcnoticias com Tecnicas
133. icando e introduciendo conocimientos propios En los casos en que he utilizado bibliograf a he procedido a indicar las fuentes mediante las respectivas citas bibliogr ficas En consecuencia asumo la responsabilidad por el contenido de este informe Cartago 9 Junio del 2006 Carlos Antonio Desanti Gatgens C dula 6 291 667 Declaraci n de Autenticidad Declaro que el presente informe ha sido realizado por mi persona utilizando y aplicando literatura referente al tema as como la informaci n que haya suministrado la empresa instituci n para la que se realizar el proyecto y aplicando e introduciendo conocimientos propios En los casos en que he utilizado bibliograf a he procedido a indicar las fuentes mediante las respectivas citas bibliogr ficas En consecuencia asumo la responsabilidad por el contenido de este informe Cartago 9 Junio del 2006 Juan W Gonzalo S nchez C dula 4 168 389 Resumen El Departamento de Transporte El ctrico de la Compania Nacional de Fuerza y Luz CNFL se ha dado a la tarea de promover una serie de programas debido a su preocupaci n por el desarrollo sostenible y la protecci n ambiental Uno de ellos es la utilizaci n de veh culos el ctricos que import desde 1998 con diferentes fabricantes entre autom viles bicicleta y motocicletas como un plan piloto para familiarizar a la poblaci n y empresarios de la utilizaci n de dicha tecnolog a en la vida diaria co
134. iento de los objetivos de los dem s sistemas de control para veh culos el ctricos y el cargador de bater as Todos los circuitos necesitan la alimentaci n de energ a tanto de 12V para circuiter a anal gica como 5V para circuiteria digital TTL lo cual este convertidor suministra potencia adecuadamente para dicha necesidad Para lograr una reducci n de voltaje 156VCD a 12V y 5V sin obtener en la conversi n p rdidas de potencia se utiliz la tecnolog a de un puente inversor monof sico ver figura 6 17b que alimenta un transformador reductor 110V 24V 144 Este transformador redujo la tensi n adecuadamente sin excesivos calentamientos que a su vez fue rectificada filtrada y regulada para obtener la alimentaci n de bajo voltaje deseado Se puede observar las senales de control para este inversor monof sico en comparaci n con las sefiales simuladas ver figura 6 4 que son b sicamente id nticas a los resultados obtenidos ver figuras 6 16a 6 16b y 6 178 Para el encendido del convertidor CD CD implementado se utiliz los detectores de contactos del llav n en la simulaci n de la detecci n de los contactos ver figura 6 3 se nota que en este caso los resultados obtenidos son mejores ya que se logr el encendido de la fuente o convertidor CD CD como se ten a en el diseno b sicamente con la activaci n de los contactos como se muestra en la figura 5 3 145 Capitulo 7 Conclusiones y recomendaciones 7 1 Con
135. ieron resultados en este aspecto que cumplan el objetivo planteado por falta de material Todos los sistemas de cajas de protecci n con circuiter a de control e interconexi n entre ellas se disenaron e implementaron para ser instaladas dentro del veh culo tarea que no se lleg a realizar o medir sus resultados porque no es factible ya que la fuente de alimentaci n no se encuentra disponible dentro del veh culo ello incluye los referente a la las cajas con circuiter a de potencia y su ubicaci n en zonas ventiladas dentro del veh culo En las figuras 6 6 y 6 7 se observan los resultados obtenidos de los pulsos de control del sistema de potencia se logr variar la frecuencia o velocidad a n cuando las pruebas no se realizaron con un motor sincr nico en su lugar un motor de inducci n jaula de ardilla Estas se ales de control produjeron las se ales alternas con su respectivo desfase necesarias para el funcionamiento adecuado del motor las cuales se pueden observar en la figura 6 9 y que son coherentes con las senales simuladas observadas en la figura 6 1 140 La figura 6 10 muestra el resultado de la senal a baja velocidad la cual est compuesta por una serie de pulsos con modulaci n que redujeron el voltaje y evitaron que se danara el motor pero manteniendo siempre la velocidad y su torque Otro punto importante que se destaca al igual que con el inversor monof sico utilizado en las fuentes de los drivers
136. ifier IRGAPCSOUD INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR WITH UltraFast CoPack IGBT ULTRAFAST SOFT RECOVERY DIODE Features UltraFast Optimized for high operating Veces 600V frequencies 8 40 kHz in hard switching gt 200 Hz in resonant mode Generation 4 IGBT design provides tighter VCE on typ 1 65V parameter distribution and higher efficiency than Generation 3 Vege 15V le 27 IGBT co packaged with HEXFRED ultrafast ultra soft recovery anti parallel diodes for use in n channel bridge configurations Industry standard 247 package Benefits 49 Generation 4 IGBT s offer highest efficiencies N available TO 247 AC PD91471B IGBT s optimized for specific application conditions HEXFRED diodes optimized for performance with IGBT s Minimized recovery characteristics require less no snubbing Designed to be a drop in replacement for equivalent industry standard Generation 3 IR IGBT s Absolute Maximum Ratings Paameer J units Collector to Emitter Voltage 600 lc Te 25 C Continuous Collector Current 27 Clamped Inductive Load Current 220 ir Tc 100 E Maximum Power Dissipation 0 Maximum Power Dissipation T Operating Junction and Tste Storage Temperature Range Soldering Temperature for 10 sec 300 0 063 in 1 6mm from case Mounting Torque 6 32 Screw 10 Ibfein 1 1 Nem ES Thermal Resistance C P
137. incipales las cuales son la transmisi n de datos de las principales variables tanto del control del inversor como de la recarga de las bater as hasta la computadora personal PC y la rutina de control de recarga de bater as la cual depender del grado de carga que posea dicha bater a En la transmisi n de datos hasta la PC el programa se encontraran preguntando si hay petici n de datos por parte de la PC si esto es verdadero realiza la conexi n y la transmisi n de datos y continua nuevamente con la recarga de la bater a Si la transmisi n no se da este siempre permanecer en la rutina de carga de bater as La recarga de bater as s lo se realizar si la medici n de las variables del cargador son las adecuadas como lo es la presencia de una tensi n adecuada en la entrada del cargador y que adem s la corriente de recarga sea superior al m nimo establecido por la recarga completa 28 E Pedir Datos Recibir Datos Tabular Datos Graticar Datos Manipular Archivos de Datos Figura 1 12 Diagrama general de flujo de la PC En la fulgura 1 12 se puede observar el diagrama de flujo general del programa para la PC Dicha programaci n se basa en orientaci n a objetos Este consta de 3 rutinas independientes accesadas por eventos que el usuario elige a su conveniencia El evento o caso 1 se invoca la rutina de petici n de datos al sistema del veh culo el cual por medio de un algoritmo
138. l microcontrolador PIC1 del circuito de control y reprogramador Ver figura 5 11 113 OSCILOSCOPIO C5 1v ATRAS RECUPER Figura 6 7 Se al de activaci n de compuerta 91 1 y 94 2 con PWM En la figura 6 7 se encuentra la comparaci n de dos senales de control g1 y g4 de compuesta de los IGBT s de inversor medidas con un osciloscopio digital marca FLUKE 43B en captura de pantalla conectado en los pines 19 y 22 del microcontrolador PIC1 del circuito de control y reprogramador Ver figura 5 11 OSCILOSCOPIO i 45BB 075 ATRAS RECUPER 4 Figura 6 8 Forma de onda de voltaje de l nea del Inversor Trifasico a 60V En la figura 6 8 se puede observar la forma de onda del voltaje de l nea medido en las l neas del motor de prueba utilizado Se utilizo para la medici n un osciloscopio digital marca FLUKE 43B en captura de pantalla 14 El motor utilizado es de inducci n con 1 HP 3Arms 220Vrms conectado en estrella 114 OSCILOSCUOPIO e 2519 09 19 a ATRAS RECUPER 2 H Figura 6 9 Voltaje de fase 1 y fase 2 del inversor trif sico carga resistiva sin PWM En la figura 6 9 se puede observar los voltajes de fase 1 y fase 2 del inversor trif sico con una carga resistiva sin PWM se puede notar el desfase de las se ales exactamente a 120 grados una de otra la muestra se tomo utilizando un osciloscopio digital marca FLUKE 43B captura de pantalla y con un punto com n neutro de la con
139. l usuario puede elegir la velocidad de toma de muestras y elecci n de los puertos serie disponibles en la PC a utilizar Todas estas funciones est n probadas pero no en su totalidad a causa de la incompleta implementaci n del sistema ausencia del banco de bater as Para la rutina de la reprogramaci n de par metros de control no existe en realidad un medio directo desarrollado en el proyecto sino m s bien un procedimiento para la utilizaci n de los programas PIC C Compiler e IC Prog La reprogramaci n de los par metros se realiza modificando en forma directa el c digo fuente de las rutinas de los microcontroladores luego realizando la compilaci n en PIC C Compiler y reprogramaci n del archivo compilado con IC Prog por medio del circuito reprogramador y la PC por cable serie Respecto a esto se logr en forma satisfactoria la reprogramaci n de ambos microcontroladores as como la lectura del contenido de stos Cabe destacar que solamente personas conocedoras de la arquitectura lenguaje de programaci n y el software antes citado est n en la capacidad de realizar la tarea de reprogramaci n o cambio total de par metros El c digo fuente microprogramado puede observarse en el Ap ndice A El algoritmo para la recarga de las bater as no pudo ser implementado en su totalidad debido a la ausencia del banco de bater as necesario para realizar las pruebas y las calibraciones requeridas 143 El Manual de Usu
140. la figura 5 11 el circuito acoplador cuenta con un acople directo bidireccional para la se al de DATA y CLK a fin que la programaci n pueda ser verificada y para las se ales VccPC y Vpp el acople es unidireccional utilizando solamente Amplificadores operacionales ver figura 5 12 Como es necesario que el circuito reprogramador sea til para ambos PIC s existe un circuito selector con un interruptor en el cual se pueda elegir entre cual de los dos microcontroladores se desea programar con el software correspondiente a cada PIC Para evitar confusi n de programas cada microcontrolador cuenta con las sefiales de control cruzado que se conectan entre s en los pines 6 y 15 de cada integrado ver a la derecha de figura 5 11 y que se detalla posteriormente cuando se explique la programaci n de control Adem s las salidas utilizadas de los microcontroladores no son las mismas en ambos a fin de tener una doble protecci n en caso de invertir la programaci n en los chips Otra de las funciones que tiene este circuito reprogramador es la de detectar autom ticamente el cable de programaci n en el conector DB9 Utilizando los amplificadores operacionales del circuito de acople explicado anteriormente Se detecta la presencia de VccPC que es una tensi n positiva de alimentaci n proveniente de la computadora port til con la cual se realiza la programaci n Una vez detectado el cable de programaci n se activa un rel que desacopla los
141. las bater as el veh culo no puede conducirse adem s que no se encuentra la llave puesta La fuente de alimentaci n es apagada nuevamente con solo la desconexi n de la l nea de alimentaci n dom stica 82 15 cd Inversor Manaf sico LM324 10H 3 3K 18v 16 secundario 156YDC Abanico 12 250mA D GND IKG i ADAM Primario 240 2 GND 43 KC 2405 15 Vcd H Detector Apagador de Contacto GND Alimentaci n Apagador Invalido EM c D v neg du v pos Flotante Fuente 15 2 2mf Figura 5 9 Circuito oscilador y puente inversor monof sico Debido a que todas las fuentes tanto para los driver de los IGBT s como para las fuente de alimentaci n anal gica y digital utilizan transformadores por tanto para inducir un voltaje en el secundario de ste y utilizando una fuente principal de corriente directa en el primario se debe generar una secuencia de pulsos para excitar dicho transformador por lo cual se utiliza un oscilador basado en el integrado LM555 debido su versatilidad de uso y tama o reducido ver figura 5 9 La salida de ste oscilador se conecta a un desfasador que controla el inversor monof sico que se encarga de conmutar el transformador y generar una excitaci n adecuada para inducir un voltaje al secundario El desfasador divide la sefial en dos A y B las cuales se comportan como se muestra en la tabla 5 2 Tabla 5
142. lectr nicos del sistema de control para su posterior an lisis de funcionamiento por medio de un protocolo de comunicaci n espec fico entre la PC y el sistema Esta informaci n es acumulada en memoria vol til para que sea accesada r pidamente o descartada por otros eventos Evento 3 salvar datos a archivos se encarga de almacenar la informaci n contenida en memoria en archivos permanentes de datos con el fin de su utilizaci n en an lisis posteriores Evento 4 recuperar datos de archivos se encarga de recuperar los datos de los archivos a memoria para su r pida utilizaci n por otros eventos Evento 5 graficar datos obtenidos se encarga de desplegar los datos obtenidos en memoria en forma gr fica para su mejor visualizaci n comprensi n y an lisis 108 Capitulo 6 An lisis de Resultados 6 1 Resultados de simulaci n 1 50 0 100 0 30 0 an 0 50 0 100 0 130 0 150 0 100 0 30 0 bn 50 0 100 0 130 0 130 0 100 0 30 0 Ven 0 50 0 100 0 130 0 cl 100 Um 200 gm S00 Ost 400 m SO Ost Tiempo fs Figura 6 1 Simulaci n de tensiones de fase del circuito inversor con carga R En la figura 6 1 se muestran las curvas correspondientes a la simulaci n del funcionamiento del circuito inversor utilizando carga resistiva La figura A 3 1 del ap ndice corresponde al circuito de simulaci n de donde se obtuvieron estas curvas simulaci n en Multisim 2001 Puede obser
143. limentaci n del circuito controlador a desarrollar Partiendo de un caso supuesto Un usuario introduce la llave y quiere solamente encender los accesorios Mueve la llave de la Posici n Apagado a la Posici n Accesorios con esta elecci n se encender la fuente del controlador del circuito inversor ni la del cargador de bater a es la misma pero s se encender el convertidor CD CD que trae el veh culo desde su compra Cuando el usuario elige la Posici n Encendido en realidad no inicia el sistema de controladores hasta que la llave sea llevada a la Posici n Ignicion que es detectada de la manera como ya se explic Esta ultima opci n no es una posici n permanente ya que el llav n actua como un contacto normalmente abierto N O sin embargo ya se ha realizado un enclavamiento el ctrico en las fuentes de alimentaci n de los controladores como se explica m s adelante El llav n se encuentra ahora en la Posici n Encendido los controladores est n funcionando y es posible poner a recargar la bater a desde la red externa o bien conducir el veh culo Si el usuario desea apagar las fuentes de alimentaci n de los controladores basta con retroceder la llave a la Posici n Accesorios el contacto que est entre los puntos 2 y 5 de esta posici n es detectado al abrirse contacto indicado dentro 74 de un rect ngulo pues es el nico que en las dos primeras posiciones se encuentra abierto y en las otras dos se en
144. lo el ctrico de carrocer a previamente adquirida el cual comprende el diseno de controlador inversor polif sico para la locomoci n freno regenerativo cargador de bater as de conexi n con la red el ctrica dom stica adem s de previstas para un sistema auxiliar de generaci n que convierta el veh culo en uno h brido serie y que se podr implementar en una segunda etapa diferente a la soluci n de ste proyecto Palabras claves Veh culos El ctricos Fabricantes Desarrollo Sostenible Autonom a Controladores Inversor Polif sico Mantenimiento Bajo Costo Freno Regenerativo Tecnolog a Hibrida Abstract The Department of Electric Transport of the Compania Nacional de Fuerza y Luz CNFL has been given to the task of promoting a series of programs due to their concern for the sustainable development and the environmental protection One of them is the use of electric vehicles that it cared from 1998 with different makers among automobiles bicycle and motorcycles as a plan pilot to familiarize to the population and managers of the use of this technology in the daily life with palpable environmental and economic conveniences Because this technology was manufactured in another country and consequently for very different geographical conditions he she became a problem when not having the effect wanted in question of autonomy for conventional electric vehicles due to the quantity of high areas of our territory and especiall
145. m En esta p gina se encuentra informaci n de precios de microcontroladores utilizables para el proyecto Informaci n de inter s adicional 15 http www km7 7 com glosario e engrplan asp esta p gina se encuentra informaci n de engranaje planetario de los m s modernos veh culos el ctricos h bridos 150 16 http www motordeaire com En esta p gina se encuentra informaci n sobre la ultima tecnolog a en motores de aire comprimido para veh culos p gina principal 17 http www km77 com tecnica alternativas aire texto asp En esta p gina se encuentra un reportaje con el creador del motor de aire MDI y de c mo el aire comprimido puede ser utilizado como fuente de energ a y el funcionamiento del motor 151 Ap ndices Ap ndice A 1 Glosario abreviaturas y simbolog a Actuador es referido a los circuitos que accionan mecanismos o circuitos de potencias del sistema Aire L quido aire en estado l quido a muy extrema baja temperaturas que se utilizar como fuente de energ a f sica en su cambio a estado gaseoso Autonom a libertad de desplazamiento in interrumpido de distancias de un veh culo sin que dependa en gran medida de tiempo de algun factor externo BC3KW modelo de cargador de bater as de la marca Solectria Bidireccional referido a lo que posee dos direcciones diferentes Carga referido a lo que consume fuerza potencia corriente o voltaje en un sistema CNFL siglas en
146. m The callector may be taken above Yog up toa maximum Yee af 28V The two basic configurations offered include an device with a ground referenced tachometer input and an intemal connection between the tachometer output anc the op amp non inverting input This version is well suited for single speed or frequency switching or fully buffered frequency to voltage conversion applications The more versatile configurations provide differential ta chometer input and uncommitted op amp inputs With this version the tachometer input may be Hosted and the op amp becomes suitable for active filter conditioning of the tachar eter output Both of these configurations are available with an active shunt regulator connected across the power lesds The regulator clamps the supply such that stable frequency to voltage and frequency to current operations are possible with any supply voltage and a suitable resistor Advantages m Output swings to ground for zero frequency input m Easy to use Your fiy x Wen x H1 x C1 Block and Connection Diagrams Dual In Line and Small Outline Packages Top Views Order Number LM2907M 83 or LM2907N B See NS Package Number or d 2008 National Semiconduchor Corporation 1007942 m Only one RC network provides frequency coubling m Zener regulator on chip allows accurate and stable frequency to voltage or current conversion LM294 7 Features m Ground referenced tachometer input interfac
147. m n de reprogramador de PIC s esta parte del diseno no es propia del desarrollo de este proyecto sino un circuito comercial de dominio p blico que se encuentra en Internet Este circuito reprogramador tiene una tierra virtual flotante que se puede acoplar directamente a las tierras del resto del sistema siempre y cuando no posea ninguna otra relaci n comun entre la PC y el sistema Yoo Pl Act Figura 5 12 Circuito de acople de senales Vpp y VccPc Act Como es necesario unir este circuito reprogramador al sistema a desarrollar se realiz el diseno de un circuito que acoplara las sefiales necesarias provenientes del reprogramador comercial DATA CLK Vpp4 y VccPC Las cuales son enviadas por puerto serie RS 232 desde una computadora de escritorio o una port til Por 86 causa que las pruebas a realizar se dan un ambiente lejano a una oficina en un auto es necesario elegir la opci n de una computadora port til sobre el asiento del acompanante del veh culo en cuesti n Las senales provenientes de la computadora port til que pasan por el circuito reprogramador comercial no alcanzan los niveles de voltaje adecuados para la reprogramaci n de los PIC s 12v El circuito que acopla estas se ales est hecho en base a amplificadores operacionales que adaptan cierto rango de voltajes de entrada a los voltajes y las tierras propias del circuito donde est n conectados los microcontroladores Como se puede observar en
148. ma completa el algoritmo de compensaci n para los diferentes rangos de autonom a y torque En la figura 6 14 a y b se muestran r fagas de datos serie que evidencian la programaci n realizada en la comunicaci n v a puerto serie de la computadora protocolo RS 232 con el sistema controlador a trav s del PIC2 La comunicaci n bidireccional fue lograda con xito entre estos dispositivos pero es recomendable que se no se utilice la misma fuente alterna rectificada para conectar ambos dispositivos como se emple en las pruebas por falta de bater as pues esto ocasiona danos la entrada del puerto serie de la PC a causa de corrientes en reversa por compartir la misma referencia a tierra En todo caso en el sistema bien implementado el controlador se alimenta del banco de bater as del veh culo y la PC port til de su propia bater a evitando incidentes no deseados 142 Acerca del despliegue de datos el ctricos y mec nicos de los sistemas construidos se ha desarrollado un software en la plataforma de Visual Basic 6 0 para PC que sirve para la adquisici n de datos enviados v a puerto serie y para ser tabulados y graficados en forma atractiva y f cil para el usuario ver figura 6 34 Tambi n en las figuras 6 31 6 32 y 6 33 se muestran otras acciones programadas dentro del mismo software llamado DATOELEC como lo son almacenamiento y recuperaci n de archivos de datos de tabla configuraci n de la adquisici n de datos e
149. mparadores en ambos sentidos para una comunicaci n bidireccional La figura 5 13 muestra al PIC2 conectado al conector serie a trav s del MAXIM 88 La elecci n del PIC2 para ser el encargado de la comunicaci n con la PC se debe a que el microcontrolador es tambi n el encargado del control del cargador de bater as El proceso de recarga del banco de bater as demanda poca velocidad en el manejo aportado por el PIC2 aprovechado esta caracter stica se le atribuye a ste microcontrolador la funci n de la comunicaci n hacia el usuario del veh culo Es por eso que en la figura 5 11 se observa la duplicidad de la mayor a de sefiales de control en las entradas de los microcontroladores En el PIC1 las sefiales entrantes sirven como variables directas en el control del circuito inversor y las mismas senales en el PIC2 son nicamente para ser conformadas en una trama para ser enviadas a la PC v a puerto serie Las senales que se duplican en ambos chips son las siguientes Vy voltaje efectivo del motor icarga 1 Corriente de carga del motor Frecy velocidad del motor medida a trav s de la frecuencia mec nica lcarga bat para medir corriente del regenerativo Tempw temperatura l mite del motor En esta trama de comunicaci n hacia la PC van adicionadas las otras sefiales de control que entran directamente al PIC2 a partir de los sensores del circuito cargador La explicaci n de conformaci n de la trama de datos menciona
150. n la necesidad de desconectar la circuiter a EL motor realiz las funciones de avance retroceso y cambio de potencia seg n lo especificado Se hicieron los manuales necesarios para la correcta utilizaci n de los sistemas a diferencia de la escasa informaci n brindada por fabricantes extranjeros Los manuales de usuario t cnicos y conexi n realizados que son inexistentes en los sistemas originales contribuyen en gran medida en el mantenimiento del sistema implementado adem s del conocimiento generado oe redujeron en casi un 89 los costos en materiales de adquirir un sistema ya prefabricado adem s del invaluable costo del conocimiento que se tenga en ello La utilizaci n de tiempos muertos produjo que en las conmutaciones de los componentes de potencia no sufrieran cortocircuito adem s que mantuvo inalterado el funcionamiento del motor empleado en las pruebas 147 7 2 Recomendaciones 1 Como todo proyecto es importante que se de seguimiento para la completa implementaci n y avance de este Es importante agilizar o modificar los procedimientos presupuestarios que impiden la pronta adquisici n de componentes o materiales Se debe hacer un cambio con los proveedores extranjeros en lo referente a compras por Internet si se desea continuar con este tipo de proyectos muy beneficiosos para el desarrollo del pa s y m ximo con la crisis del petr leo Se debe hacer conciencia de que en Costa R
151. n niveles de voltaje de un divisor de tensi n para determinar las posiciones de la palanca de cambios La simulaci n correspondiente a este comportamiento esperado se muestra en la figura 6 5 Los cambios de posici n de la palanca se reflejan a trav s de cambios de niveles de voltaje en el divisor La figura 6 5 a muestra el comportamiento del divisor de tensiones sin filtro capacitor y se pueden notar ciertas picos bruscos en la tensi n durante el cambio de los interruptores La figura 6 5 b indica como un filtro puede mejorar la conmutaci n de los switches a trav s del empleo de un filtro pequefio para que la respuesta del cambio de marcha sea r pido orden de los microsegundos El circuito de simulaci n de este detector de palanca ha sido obtenido a trav s de Multisim 2001 ubicado en la figura A 3 5 del ap ndice A 3 6 2 Resultados experimentales de hardware OSCILOSCOPIO da d luna ddr Er d sr clic m uec UE eec A P458 ATRAS RECUPER M Figura 6 6 Se al de activaci n de compuerta IGBT 1 PWM 2 regulador de voltaje La figura 6 6 muestra una de las senales canal 1 ORC de control de la compuerta de un IGBT g1 en comparaci n con la se al de PWM canal 2 ORC utilizada para la regulaci n del voltaje en el inversor Esta senal se tomo utilizando un osciloscopio digital marca FLUKE 43B en captura de pantalla conectado en los pines 17 y 19 de
152. n palpables conveniencias ambientales y econ micas Debido a que dicha tecnolog a fue fabricada en otro pa s y por consiguiente para muy diferentes condiciones geogr ficas se convirti en un problema al no tener el efecto deseado en cuesti n de autonom a para veh culos el ctricos convencionales debido a la cantidad de zonas elevadas de nuestro territorio y en especial de tipo econ mico debido a los costos de reparaci n mantenimiento de los sistemas de control controladores ya que r pidamente se convirtieron en obsoletos en el mercado sin la posibilidad de la adquisici n del diseno esquem tico del mismo para su fabricaci n local La importancia de la soluci n radica como un factor estrat gico para parte del desarrollo del pa s ya que en Costa Rica se produce y distribuye energ a el ctrica punto clave como para no continuar incentivando este plan por causa de dicho problema adem s de las perdidas econ micas si la experiencia se deja de lado Por tanto se lleg a la necesidad de incursionar en el diseno de una propia tecnologia de controladores de bajo costo y mantenimiento basados en la experiencia en dichos veh culos y en la posible evoluci n a los de tecnolog a h brida la mejor en autonom a y econom a existente en este tipo Se planea para este proyecto dividirlo en dos etapas En la primera etapa y principal a resolver en este informe el diseno prototipo b sico electr nico de bajo costo de un veh cu
153. na placa de circuito impreso que logra combinar los efectos de casi todos los contactos en todas las posiciones y generar una sola senal el ctrica con diferentes niveles de voltaje 136 Por medio de divisores de tensi n se alcanza tener una se al anal gica variable con las conmutaciones til para simplificar la amplia variedad de combinaciones en un solo valor de tensi n a la vez y logrados por la simple aplicaci n de divisores de tensi n La figura 5 15 muestra el diserio de conexi n de los contactos de la palanca a las resistencias la tabla mostrada en la misma ilustraci n revela los niveles de tensi n calculados para que el microcontrolador PIC1 interprete los diversos valores de tensi n para las opciones de Reversa Neutro Econ mico Normal y Power Estos valores calculados son consecuentes con los resultados de simulaci n ver figura 6 5 y los valores medidos en el circuito ya implementado ver figura 6 15 Para mayor flexibilidad del sistema se establece un rango de detecci n del nivel anal gico tomado por esta se al con el fin que en la conversi n del ADC del PIC1 se elija el rango m s cercano en que se encuentra al valor de medici n siempre que el ADC del PIC convierta adecuadamente no hay peligro de confusi n entre las marchas En cualquier caso como se observa nuevamente en las figuras 5 15 6 5 y 6 15 los valores que se podr a confundir en la conversi n del ADC son Econ mico Normal y
154. niciar el sistema de baja potencia para escuchar la radio activar las escobillas encender luces etc Tambi n como ya se sabe sirve para darle la ignici n al veh culo de combusti n En el caso del veh culo el ctrico la llave conecta los sistemas de baja potencia a trav s de un convertidor CD CD accesando a las funciones de accesorios y encendido al igual que en un auto convencional de combusti n La parte superior de figura 5 3 muestra como est n distribuidos los contactos del llav n y se indican los colores de los cables que vienen conectados de ste a un conector rectangular que une los circuitos de baja potencia pasando por una caja de fusibles Seg n la posici n tomada por el llav n o llave la combinaci n de los contactos var a Las diferentes conmutaciones de los contactos y las conexiones 73 entre s se muestran en la parte inferior de la figura 5 3 Es importante mencionar que m s adelante se explica c mo sensar la posici n de los contactos sin acoplar en forma directa el circuito controlador a desarrollar con el actual circuito de accesorios y del convertidor CD CD Para detectar la Posici n de Ignici n se recurre al sensado del contacto que se encuentra entre los puntos llamados 2 y 3 pues es el nico que se cierra en esta posici n y se conserva abierto en las dem s posiciones contacto que se encierra en un valo Una vez detectada la ignici n se realiza el encendido de las fuentes de a
155. nimiento aumenta el doble ya que se debe utilizar dos controladores sincronizados Por otra parte el sistema cargador de bater as ver Anexo B 2 posee similares inconvenientes debido a que se trata del mismo fabricante Solectria como lo es por derechos de patente tramites de garant as deterioro por condiciones geogr ficas y elevado costo Dicho cargador se puede observar en la figura 1 3 Figura 1 3 Cargador de bater as Solectria BC3KW 16 Por tales motivos se intenta como primera etapa mejorar el disefio en su mayor a en el sentido econ mico tanto por el aumento de duraci n de la vida til y simplificaci n del sistema controlador como de recarga de bater as por medio de red el ctrica dom stica y regenerativo dando la posibilidad de previstas para una posterior expansi n a h brido serie y como segunda etapa la adici n de un sistema auxiliar por medio de aire l quido que resulte as de bajo costo de fabricaci n como de mantenimiento reparaci n y autonom a La importancia de solucionar este problema t cnico y econ mico de los controladores existentes radica en que la empresa puede lograr incentivar mejor la utilizaci n de la tecnolog a de veh culos el ctricos la cual es estrat gica para parte del desarrollo del pa s sin los inconvenientes la desmotivaci n y desinter s debido a los costos de reparaci n y mantenimiento 51 la soluci n propuesta en este documento lle
156. nte Existen varios requerimientos para la carga r pida las cuales son e Suficiente capacidad de corriente e Utilizar control autom tico de la corriente de recarga con el fin de impedir sobrecargas e Controlar la temperatura de la bater a y mantenerla no mayor a 40 ni inferior a 0 e Garantizar un ciclo de vida seguro carga y descarga segun el fabricante http www es varta automotive com diccionario T cnico carga flotante 62 Capitulo 4 Procedimiento metodol gico 4 1 Reconocimiento y definici n del problema Se conseguir informaci n por medio de las recomendaciones del asesor de la empresa con respecto a los inconvenientes presentes en el uso de la tecnolog a actual utilizada en los veh culos el ctricos Se construir una tabla de costo beneficio contemplando reparaci n y mantenimiento actuales para evaluar el beneficio obtenido contra los requeridos por la empresa La definici n de las metas se obtendr al valorar si el sistema actual debe mejorarse o reemplazarse por completo a fin de cumplir las caracter sticas y requerimientos actuales del sistema que sea m s econ mica en costo reparaci n y cantidad de informaci n de diseno Las restricciones se establecen a partir de la selecci n del costo y caracter sticas de los materiales y m todos empleados a fin de que el producto final sea de menor costo y eficaz 4 2 Obtenci n y an lisis de informaci n Se har n pruebas de c
157. nte trif sica necesaria para la operaci n del motor del veh culo el ctrico El diseno considera no solo la utilizaci n de IGBT s como componentes electr nicos m s eficientes en cuanto a relaci n potencia y velocidad sino tambi n que esta misma tecnolog a estaba siendo usada en los controladores originales del veh culo en cuesti n El empleo de un contactor que realice una desconexi n absoluta de la potencia del motor garantiza mayor seguridad el ctrica que dispositivos de conmutaci n electr nicos ya que estos ltimos podr an ponerse en cortocircuito en caso de averiarse Adem s el contactor posee enclavamiento en caso de falsos contactos con las bater as Tambi n el diseno considera que la corriente regenerada en la funci n de freno regenerativo sea realimentada al cargador de bater as Con respecto a la implementaci n del circuito de potencia del puente inversor trif sico ver la figura 6 21 fue necesaria la reutilizaci n de material en buen estado de otros controladores antiguos da ados en forma parcial Estos elementos reutilizados se pueden citar como los IGBT s el banco de capacitores el contactor fusibles barras de conexi n conectores y toda la caja con sus respectivos disipadores 133 No fue necesario el c lculo de las dimensiones y caracter sticas de los disipadores pues stos ya hab an sido dimensionados y probados por el fabricante original del sistema y verificada su efectividad en la C
158. nto de los motores serie de cd En este tipo de control se dice que el motor opera en modo de debilitamiento de campo Para p 1 el motor opera a un voltaje terminal constante y el flujo se reduce limitando por lo tanto la capacidad del par motor Para 1 p 1 5 la relaci n entre Tm y se puede considerar pr cticamente lineal Para p 1 el motor opera normalmente a un flujo constante el voltaje terminal V se reduce junto con la frecuencia de tal forma que el flujo se conserve constante 4 3 3 3 Control de Voltaje y Frecuencia 51 se mantiene constante la relaci n entre voltaje frecuencia el flujo de la ecuaci n 3 3 se mantiene constante La ecuaci n 3 7 indica que el par motor maximo que es independiente de la frecuencia se puede mantener aproximadamente constante Sin embargo a una baja frecuencia el flujo se reduce en el entrehierro debido a la reducci n de la impedancia del estator y el voltaje debe incrementarse para mantener el nivel del par en el motor Este tipo de control normalmente se conoce como control volt hertz Si Ws Pop y la relaci n entre el voltaje y frecuencia es constante de forma que Md 3 11 La relaci n d que se calcula a partir del voltaje terminal especificado Vs y la velocidad base wp esta dado por d 3 12 Sustituyendo Va de la ecuaci n 3 4 en la ecuaci n 3 5 obtenemos el par motor el deslizamiento el par motor m ximo es R r 7
159. o VHE abreviatura de veh culo h brido el ctrico 154 Ap ndice A 2 C lculo matem tico de dise o 1 C lculo del filtro de entrada y salida del circuito de potencia del cargador de bater as 1 1 f 2md4LC 2 150 2 2 2 C lculo de la frecuencia de todos los osciladores LM555 8 76 Hz tno RA C2 100 LuF 0 015 RB C2 2 10kQ LuF 0 015 1 fosc 50Hz alto i bajo 3 C lculo del desfasador de se al para el puente inversor monof sico Se al A Flanco Subida 3 3KQ 1 0uf 3 3ms Se al A Flanco bajada T 0 1 0uf 0 Se al Flanco Subida T 0 1 0uf 0 Se al B Flanco bajada T 1KQ 1 0uf 1ms Nota Como la mayor a del sistema se basa en circuitos digitales microprogramados y divisores de voltaje el aporte matem tico es muy reducido 155 4 Ap ndice Formas de onda y pulsos en reversa 04 qo qh 180 3600 Figura A 3 1 Diagrama de ciclos de conducci n en reversa En la figura A 3 1 se puede observar el diagrama de ciclos de conducci n de en reversa del inversor de potencia a utilizar en el proyecto adem s de los voltajes de l nea te ricos en la carga 156 04 190 3600 Wa Von Figura A 3 2 Diagrama de ciclos de conduccion de fase en reversa En la figura A 3 2 se puede observar el diagrama de ciclos de conduccion de en reversa del inversor de potencia a utilizar en el proyecto ad
160. o odo 152 Ap ndice 1 Glosario abreviaturas y simbolog a 152 Ap ndice A 2 C lculo matem tico de 155 Ap ndice Formas de onda y pulsos en 156 Ap ndice A 4 Circuitos de simulaci n 158 Ap ndice A 5 Lista de materiales cotizados a utilizar en el 161 Ap ndice A 6 Cronograma de actividades A TS ONE 164 Ap ndice A 7 C digos fuentes de los programas de microcontroladores y PIC2 167 Programa controlador INVEST A ex 167 Programa cargador de Daterlds ad Pusat Sa uh sunt vob da usate gs 174 Ap ndice A 8 Valores posibles de las variables sensadas en 178 ANNE AP cum tt 179 10 NDICE DE FIGURAS Figura 1 1 Caja del sistema controlador de velocidad existente UMOC440T 15 Figura 1 2 Forma de conexi n de dos 16 Figura 1 3 Cargador de bater as Solectria 16 Figura 1 4 Diagrama de bloques del sistema para veh culo el ctrico redisefiado 19 Figura 1 5 Diagrama de bloque de circuito de potencia polif sico PWM 20 Figura 1 6 Diagrama de bloques d
161. o se pueden expresar en series de Fourier como y s cos en zi 3 35 o n 1 3 5 6 6 3 35 p dh n T P cos sen n et 7 p 3 3 36 c 2 Ta Ka gt cos sen n at 32 El voltaje de l nea a hasta b es v 3 con un adelanto de fase de 30 En cualquier momento dos terminales de carga est n conectadas con la alimentaci n de cd y la tercera se conserva abierta El potencial de esta Terminal abierta depende de las caracter sticas de la carga y es impredecible Dado que un transistor conduce durante 120 para una misma condici n de la carga los transistores se utilizan menos que la conducci n a 180 3 3 7 Reguladores En Modo de Conmutaci n Entrada Salida B b Se ales de control Figura 3 14 Elementos de los reguladores en modo conmutaci n a Diagrama de bloques y b Sefiales de control 7 Tomado de Rashid Electr nica de potencia circuitos dispositivos v aplicaciones 53 Los pulsadores de cd se pueden utilizar como reguladores modo de conmutaci n para convertir el voltaje cd por lo general no regulado a un voltaje de salida cd regulado La regulaci n se consigue por lo general mediante la modificaci n de ancho de pulso a una frecuencia fija y el dispositivo de conmutaci n por lo regular es un BJT MOSFET o IGBT de potencia Los elementos de los reguladores en modo d
162. oller UMOCA25T el cual es el que gobierna todo el funcionamiento de un auto el ctrico antes mencionado Adem s el cargador de bater as el convertidor CD CD el paquete de bater as senales de entrada y salida controles sensores e indicadores conexi n con computadores y finalmente pero no el menos importante el motor el ctrico Se puede observar en la figura 3 1 que la composici n del sistema con las partes antes mencionadas 33 Controlador UMOCA25T Caja Negra dise ada especialmente para gobierno de los dispositivos propios de este tipo de veh culos el ctricos Se le llama Caja Negra pues es un tipo de controlador que casi no posee datos de diserio del fabricante ya que este ltimo es muy celoso del disefio y fabricaci n del controlador solamente se conocen sus caracter sticas externas que posee la capacidad de controlar el funcionamiento del motor el ctrico cargador de bater as y el sincronizar el resto de partes en un solo sistema funcional Posee comunicaci n externa con una computadora en un lenguaje no muy actual ver Anexo B 1 Cargador de Bater as Es de tipo comercial Su funci n es simplemente tomar energ a de una red el ctrica dom stica o comercial rectificar y filtrar dicha energ a para recargar el paquete de bater as Su funci n est gobernada por el Control Universal UMOCA25T ver Anexos B 1 y B 2 Paquete de Bater as Consta alrededor de 26 bater as dependiendo de las cara
163. on Pp ee eee 22 T 100mW Derate above 25 A ImwWFCE Reverse Voltage Wa P TER oer BY Junction Temperature T lll mo ee 125 DETECTOR Collector Emtrtter Voltage Emitter Collector Voltage Weco E E MD E enr T ME Collector Current le ee Renee ne 5OmA Collector Power Dissipation Pe 1 0 Derate above 25 eM M EM dee m ee 1 5mWPC Junction Temperature 1 funem EOD DNE T E 1257C COUPLED Total Package Power Dissipation Py E A I nu TET 250mW Derate above 25 D a ee E 2 5mWPFC Isolation Voltage 1 min RH lt 60 BVs storage Temperature Range A c eee 55 to 150 C Operating Temperature Range A Lead Temperature During Soldering 10sec aM ee E 204 supply Voltage Forward Current Collector Current Operating Temperature Electrical Characteristics T4 25 C unless otherwise specified Parameter m Test Conditions Min Typ Max Unit Individual LED e BI 3 A Individual Detector Collector Emitter Breakdown Voltage Wanjceo
164. on and Typical Operating Circuit ELECTRICAL CHARACTERISTICS MAX220 222 232A 233A 242 243 54 410 C1 C4 Q T1pF Ta Trin to Tmax unless otherwise noted PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS RS 232 TRANSMITTERS Output Voltage Swing Input Lagic Threshold Low Input Logic Threshold High Logic Pull Up Input Current Output Leakage Current Data Rate Transmitter Output Resistance Output Short Circuit Current RS 232 RECEIVERS RS 232 Input Voltage Operating Range RS 232 Input Threshold Low RS 232 Input Threshold High RS 232 Input Hysteresis RS 232 Input Resistance TTL CMOS Output Voltage Low TTL CMOS Output Voltage High Output Short Circuit Current TTL CMOS Output Leakage Current All transmitter outputs loaded with 3kQ to GND Mormal operation SHDN OV MAX222 242 shutdown Vec 5 5V SHDN Vout 15V MAX222 242 SHDN OV Vout 15V 3000 10 01 ET All except MAX220 normal operation EE 116 kbits 220 22 20 sec Vec V OV Vout 2 LI gt All except MAX243 R2in ue EY Voc W VAZ 2 2 All except MAX243 R2in 24 Vcc 5V E Wi p Gl UR except MAX243 Vice SV no hysteresis in shdn 243 EEC lout 1 0mA SOME UNE GND 30 Sura Vcc V Tou c or EN Vec SHDN OV for MAX222 40 05 10 mA 198 13 NTE E
165. ontroladores Como medida de mayor seguridad y de desacople se utiliza un amplificador operacional LM324 en forma de seguidor de voltaje que transfiere la misma magnitud de la medici n pero sin sobrecargar a la misma En la medici n del voltaje en el motor ver figura 5 14 b se utiliza un rectificador trif sico de baja potencia que convierte el voltaje alterno de las fases a voltaje directo efectivo Esto permite obtener una unica medici n de voltaje simplificado para el control del sistema Un divisor de voltaje y un capacitor reduce y filtra el voltaje efectivo para que sea compatible con el microcontrolador el cual utiliza tecnolog a TTL Utilizando un amplificador operacional LM324 como seguidor de voltaje se logra aislar la carga a la medici n para obtener valores m s exactos adem s de funcionar como acople de seguridad contra sobrecorrientes En la figura 5 14 c se puede observar el sensor de temperatura que se utiliza en las bater as En el sensor se utiliza una resistencia t rmica termistor la cual disminuye su resistencia conforme se aumenta la temperatura 25 C gt 30KQ Utilizando un divisor de voltaje con el termistor y un capacitor se logra disminuir y variar el voltaje proporcionalmente cuando la temperatura var a adem s de filtrar paso bajo las altas frecuencias de ruido que puedan interferir con la medici n Para aislar la carga de la medici n se utiliza un amplificador operacional LM324 en
166. os controladores originales del veh culo los cuales ya hab an sido dimensionados por el fabricante ver figuras 6 20 Uno de los beneficios logrados m s importantes en el aspecto de seguridad y aislamiento es la separaci n de los circuitos de potencia de los de control aunque esto signifique que se tuvieran que implementar mayor cantidad de cajas y conexiones Se logra verificar que el ruido electromagn tico producido por los sistemas de potencia no afectan en forma notable el desempe o de los microcontroladores ya que stos ser an ubicados en caso ideal en una caja alejada de los circuitos de potencia dentro del DASH del veh culo Esta es una ventaja que se obtiene sobre los controladores originales que mezclaban en una misma estructura met lica los circuitos de potencia y control provocando que estos ultimos se danaran por ruido electromagn tico calentamiento y la presencia de arcos el ctricos Para realizar las conexiones seguras requeridas entre los m dulos se emple cableado de red tipo Cat5e y conectores RJ45 PLUG y JACK ver figura 6 19 A causa de las caracter sticas brindadas por el fabricante este tipo de capa f sica en t rmicos de redes el ctricas soporta sefiales digitales sin atenuar en forma considerable por hasta 99 metros Esto nos brinda excelentes aislamientos electromagn ticos y mucha seguridad de conectividad entre cajas sin mencionar la versatilidad de los acoples de los conectores
167. otor Para el algoritmo de la secuencia de reversa la explicaci n es id ntica pero cambiando la inicializaci n del contador i en O y la realizaci n de un incremento en lugar de un decremento logrando as la inversi n de dos de los tres voltajes de l nea aplicados al motor Vbc y Vca Se puede notar que para la reversa en la figura 5 20 partiendo de los 360 hasta los 0 Vbc se atrasa y Vca se adelanta respecto a Vab que f sicamente representa un intercambio de las fases El diagrama de flujo de la secuencia en reversa y las curvas de los voltajes revertidos de fase se muestran en el apartado de Ap ndice en las figuras A 1 2 y A 1 3 respectivamente 101 5 3 2 Software para el sistema cargador autom tico de bater a Para el cargador de bater as a utilizar en este proyecto se considera la utilizaci n de m ltiples etapas consecutivas de recarga autom tica por corriente constante voltaje constante y voltaje flotante respectivamente La utilizaci n de estas etapas proporciona una mayor eficiencia de carga y aumento de la vida util de la bater a En la figura 5 21 se puede observar un ejemplo de la forma de voltaje y corriente de un ciclo completo de carga de una bater a con tres etapas consecutivas CARGA CON TENSI N rd CONSTANTE 14 4V CARGA DE MANTENIMIENTO CON TENSION CONSTANTE 13 8 V PUNTO DE RESPUESTA CORRIENTE 5 Corriente i y Voltaje V Etapa 3 TIEMPO Figura 5
168. oyecto Se puede adem s observar su caja contenedora 119 Figura 6 19 Conector utilizado en distribuci n de se ales del convertidor CD CD En la figura 6 19 se muestra el conector de red utilizado para la distribuci n el ctrica y de control de los dem s dispositivos utilizados El cable utilizado es de conexi n directa con la normativa de red 568 B Figura 6 20 Circuito de potencia de cargador de bater as La figura 6 20 contiene la fotograf a del circuito de potencia a utilizarse en el cargador de bater as reutilizando algunos componentes capacitares bobinas y diodos y reacomod ndolos para que se pudiesen alojar en la caja de contenci n original 120 Figura 6 21 Circuito de potencia de inversor trif sico reutilizado En la figura 6 21 la fotograf a muestra el circuito y componentes de potencia completamente reutilizados del un controlador anterior existente esta compuesto por el cableado Tres m dulos de IGBT s cuatro capacitares electrol ticos de 2 2mf y 6 cer micos de 470uf y un contactor ademas de su disipador de calor Figura 6 22 Diferentes circuitos implementados y utilizados para la realizaci n del proyecto En la figura 6 22 se muestra una colecci n de los circuitos implementados en circuitos impresos PCB y cajas de protecci n adem s de la imagen del osciloscopio digital utilizado 121 Figura 6 23 Circuito de control del inversor cargador de bater as y reprogramaci n El ci
169. p ccp2 CCP OFF 171 enable interrupts INT ADC enable interrupts global l enable interrupts l enable interrupts l enable interrupts l enable interrupts l enable interrupts l enable interrupts INT INT TIMER1 INT TIMER2 INT TBE INT RDA INT BUSCOL AU AU ER ARQ RIRS while True For Ciclo infinito para secuencia de Pulsos Carga Variables Carga de las variables del sistema PWM Estado Determina s se aumenta o disminuye el PWM Caja Cambios Rutina de Selecci n de Cambios If Neutro False amp amp Acelerador gt 20 Activa Contactor Rutina de Activaci n Contactor Secuencia Reversa Determina la secuencia de Reversa o Adelanto switch Secuencia Rutina de casos de los diferentes pulsos de los IGBTES case 1 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux 0x23 PUERTOD break case 2 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux 0x07 PUERTOD Aux break case 3 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux OxOE PUERTOD break case 4 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux Ox1C PUERTOD break case 5 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux 0x38 PUERTOD break 172 case 6 PUERTOD 0x00 Delay us 600 Aux 0x31 PUERTOD break default break Switch Neutro False Else Bit Clear PUERTOB 1 Desactiva contactor Bit Clear PUERTOB 2 Desactiva contactor
170. para generar multiples corrientes alternas desfasadas entre s y utilizando una fuente de corriente directa MDI Siglas de Moteur Development International fabricantes del motor de aire comprimido Microcontrolador circuito integrado electr nico utilizado en el control de todos los dem s circuitos del sistema que puede ser programado digitalmente Neumatico referido a lo que funciona o utiliza aire a presi n NPT 617 Norma internacional para el manejo de bater as de plomo cido del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo Par potencia o fuerza que proporciona o no un motor el ctrico en su movimiento giratorio Par metros constantes f sicas o el ctricas caracter sticas de un sistema particular tanto de su forma como funcionamiento PC computadora personal o port til Prototipo referido a un nuevo disefio preliminar de un sistema y que es el primero en construcci n y funcionamiento a una serie de sistemas mejorados con posterioridad PWM siglas en ingl s de t cnica de control por modulaci n de ancho de pulso Pulse waveform modulation Recarga referido a la acumulaci n o llenado de la energ a en forma electro qu mica en una bater a Ref abreviatura de la palabra referencia Rotor parte giratorias de un motor el ctrico o no 153 Rutina referido a un pequeno programa de computaci n Sensor es circuito electr nico que mide observa el comportamiento de alguna va
171. paro de los IGBT s mostrados en la figura 5 6 se identifican las siguientes partes propiamente el circuito integrado driver TLP250 y la fuente de alimentaci n que suministra la polarizaci n de ste y que a la vez lo a sla de la tensi n principal de la bater a Cada una de las compuertas de los IGBT s requieren ser disparadas por senales independientes provenientes del microcontrolador pero tambi n requieren ser alimentadas sin referencia com n a tierra a causa de la configuraci n del puente inversor Como puede observarse en las figuras 5 4 y 5 6 los IGBT s del ramal inferior compuertas g4 06 y g2 pueden compartir una misma referencia entre s ya que est n conectados al mismo nodo que la tierra principal Pero los IGBT s del superior compuertas g1 g3 y 5 no deben tener la misma referencia entre s ni tampoco compartir conexi n directa con la referencia principal negativo de la bater a Por esta causa es necesaria la implantaci n de fuentes de alimentaci n independientes que polaricen cada driver de forma aislada lo cual se logra con transformadores reductores 79 Cada fuente de driver se conecta un unico circuito astable 555 que proporcione una frecuencia adecuada pasa por un circuito desfasador de dos sefiales de control que a su vez controlan un inversor monof sico que convierte los 156VCD a 120VAC permitiendo una alimentaci n alterna adecuada en al primario del transformador reductor de la fuent
172. plegar Desplegar Desplegar 07h OEh 1Ch 38h 31h Salir Sii 1 Si Programa Principal Figura 5 19 Diagrama de flujo del sub programa de avance del motor 99 El algoritmo de la secuencia de avance del motor se puede explicar de la siguiente manera se inicializa el contador i igual a 7 luego se aplica un retardo de tiempo que es proporcional al per odo de 60 grados del ciclo de trabajo total con el fin de realizar un ajuste de par metros entre la parte el ctrica y mec nica del motor Luego se decrementa el contador para enviar desde el microcontrolador el siguiente grupo de pulsos otros 60 grados al bloque inversor y lograr as las formas de onda que se observan en la figura 2 12 Se env an secuencias de pulsos en cada ciclo del algoritmo siempre y cuando el contador i no sea igual a 1 siguiendo la ruta del condicional NO vista en el diagrama de flujo en caso que el contador i 1 se sale de procedimiento y se vuelve a iniciar desde la asignaci n de i 7 Cada vuelva completa del algoritmo corresponde a 360 grados de pulsos aplicados al bloque inversor que controla la rotaci n del motor el ctrico Todo esto sucede siempre y cuando se seleccione la marcha de avance del veh culo en el programa principal 100 g1 qe qa Secuencia T de pulsos qo 1809 360 Voltajes de l nea Motor Hexadecimal equivalente cada 60 Figura 5 20 Diagrama de ciclos de conducci n en avance del m
173. r 2003 186 Amp Hour Mete AHC2 2 SOLECTRIA Option 1 Standard Configuration Stand alone AHC2 Kit Constant 12V supply keyed backlight Positive wire fuse at 1Amp to 120 300 VDC AHC2 Display Cabl 4 xtension able urs PCB measuring Ar board on SH100 100A AHC2 Display head Extension Cable AHC2 display available in incremental lengths Notes SH200 200A shunt not shown is also available Connection between Extension Cable and PCB not shown is included Option 2 AHC2 with shunt and PCB integrated inside high voltage fuse box HVDP Constant 12V Supply keyed backlight Fuse box HVDP includes shunt Extension Cable II Lp and measuring board Fuse box HVDP with Shunt and PCB measuring board integrated inside AHC2 Display head Extension Cable available in incremental lengths Solectria Corporation 9 Forbes Road Woburn MA 01801 USA Tel 781 932 9009 Fax 781 932 9219 sales solectria com www solectria com specifications subject to change Revised December 2003 187 Anexo B 6 DIM375WHS06 S000 E GP Ef Fas Half Bridge IGBT Module aces version December 2 issue D55675 2 2 55675 3 3 February 2004 FEATURES KEY PARAMETERS m Low Forward Voltage Drop amp DOV m leolated Copper Baseplate V typ AV CE eat max 3754 APPLICATIONS Wem max 750A m inverter
174. ra los motores de polos salientes se pueden aplicar a los motores de im n permanente si se supone constante el voltaje de excitaci n V La eliminaci n de la bobina de campo de la alimentaci n en cd y de los anillos colectores reduce las p rdidas del motor y su complejidad Estos motores tambi n se conocen como motores sin escobillas y encuentran aplicaci n creciente en robots y en m quinas herramienta Un motor de im n permanente PM puede ser alimentado a partir de una corriente rectangular o senoidal Los motores alimentados por corriente rectangular que tienen bobinados concentrados en el estator que inducen o trapezoidal se utilizan por lo general en los propulsores de baja potencia Los motores alimentados por corriente senoidal que tienen bobinados distribuidos en el estator proporcionan un par motor m s suave y normalmente se utilizan en los propulsores de alta potencia 43 3 3 5 Control de lazo cerrado de motores s ncronos Par motor Ten Foo Tof Par motor cr tico EX mE es Potencia constante idad constante 0 Ws Velocidad A Wy f creciente Tmb e a Control de la relaci n de frecuencia b Control de la frecuencia Figura 3 7 Caracter sticas par motor velocidad de los motores s ncronos Alimentaci n trif sica Motor sincrono Inversor de fuente de Rectificador controlado Detector o senaor C de velocidad velocidad Figura 3
175. rcuito de control del inversor cargador de bater as y reprogramador se puede observar en la fotograf a de la figura 6 23 implementado y con su caja de protecci n Se puede observar tambi n en la figura 6 24 la vista posterior del circuito de control con sus respectivas pistas Estas pistan de conexi n se encuentran estanadas para fortalecer y aumentar la conductividad el ctrica para su mejor funcionamiento Figura 6 24 Circuito impreso PCB del inversor cargador de bater as y reprogramaci n 122 Figura 6 25 Circuito de fuente Driver del cargador de bater as En la figura 6 25 se encuentra el circuito impreso implementado del driver para el cargador de bater as adem s de su respectiva caja de protecci n Este circuito lo comprende un inversor monof sico un transformador reductor y un circuito de conmutaci n optoacoplado driver que controla el circuito de potencia de la figura 6 20 Figura 6 26 Circuito inversor monof sico utilizado en los driver del inversor trif sico En la figura 6 26 se muestra el circuito implementado en circuito impreso PCB del inversor monof sico utilizado para alimentar los transformadores reductores de la fuente de los Driver para el inversor trif sico 123 Figura 6 27 Vista inferior PCB del inversor monof sico utilizado en los driver En la figura 6 27 se muestra la vista inferior de inversor monof sico En todos los circuitos impresos se esta aron las pis
176. ress http intranet cnfl local INTRANET EB cu P Control interno Averias Tec Info J gt Descarga Antivirus Correo CNFL gt Sitio Web CNFL Pag Principal Sist de Medici n y E Calidad dela Ererga 3 wey Con zcanos Mensaje Gerencial Dependencias Descargas amp m Mas que iniciar una jornada anual en realidad Sisternas de Gesti n continuamos la que 4 4 dejamos unos dias Sistemas lt pero con mas disposici n y En con nobles prop sitos m s gt Pagina de Inicio Declaraci n rincipios ticos Figura 6 36 Ventana mostradora y b squeda de paginas Web La figura 6 36 muestra la ventana de mostrador de p ginas Web que puede ser utilizado para desplegar alg n manual v a Internet o navegar por ella por diversas razones mientras se est utilizando el programa de adquisici n Se utiliz el lenguaje de programaci n de Visual Basic 6 131 E Pagina nueva 1 Microsoft Internet Explorer E E 281 xi Archivo Edici n Yer Favoritos Herramientas Ayuda A Qhe squeda Favoritos Historial Sp S Direcci n 5 D Proyecto de Graduaci n CNFL Pagina WeblDatoElec htm er V nculos y pd A gt Proyecto Graouaci n 2006 JJ CR Objetivos Resumen Resultados Contactos Galer a NOMBRE DEL PROYECTO Dise o Prototipo de Controlador Inversor de Potencia Polif sico Para
177. riable f sica especifica Sincr nico referido a la igualdad de movimiento de la parte giratoria y f sica rotor de un motor el ctrico con sus campos magn ticos giratorios producidos en el estator Software denominaci n t cnica referida a la parte intangible programaci n o l gica de funcionamiento de un circuito o sistema Solectria marca registrada de fabricante de controladores para veh culos el ctricos Tiempo muerto referido al lapso de tiempo en que un componente o componentes el ctricos o electr nicos se encuentran inactivos o no polarizados Transductores circuitos el ctricos o electr nicos de transforman una variable f sica en su representaci n el ctrica y que es utilizado en sensores UMOCAAOT modelo de controlador para motores trif sicos de la marca Solectria Vab referido a el voltaje de l nea o diferencia de potencial de un punta a hasta uno b Van referido al voltaje de fase o diferencia de potencial entre un punto a y una referencia com n o neutra Vbc referido a el voltaje de l nea o diferencia de potencial de un punta b hasta uno Vbn referido al voltaje de fase o diferencia de potencial entre un punto b y una referencia com n o neutra Vca referido a el voltaje de l nea o diferencia de potencial de un punta c hasta uno a Vcn referido al voltaje de fase o diferencia de potencial entre un punto c y una referencia com n o neutra VE abreviatura de veh culo el ctric
178. rif sico Las se ales de compuerta de los inversores monof sicos deben adelantarse o retrasarse 120 uno con respecto al otro a fin de tener voltajes trif sicos balanceados fundamentales Los embobinados primarios del transformador deben aislarse unos de otros en tanto que los embobinados secundarios pueden quedar conectados en estrella o delta Por lo general el secundario del transformador se conecta en estrella a fin de eliminar arm nicos m ltiplos de tres n 3 6 9 que aparecen en los voltajes de salida Este dispositivo requiere de tres transformadores monof sicos doce transistores y doce diodos Si los voltajes de salida de los inversores monof sicos no est n perfectamente equilibrados en magnitud y fase los voltajes de salida trif sicos tambi n estar n desequilibrados Se puede obtener una salida trif sica a partir de la configuraci n de seis transistores y seis diodos A los transistores se les puede aplicar dos tipos de tipos de se ales de control conducci n a 180 y conducci n a 120 45 3 3 6 1 Conducci n 180 20 2 Figura 3 9 Disparos por transistor voltajes de l nea y de fase respectivamente para 180 Cada transistor conducir durante 180 Tres transistores se mantienen activos durante cada instante de tiempo En cada ciclo existen seis modos de operaci n cuya duraci n es de 60 46 Los transistores se numeran seg n la secuencia de excitaci n
179. ro de Mando PC Elegir Lenguaje de Alto Mivel para PC PC Programaci n y Pruebas de Rutinas de PC PC Reprogramaci n de Par metros Auto Evaluaci n de todos los Sistemas Instalados Documentaci n Creaci n de Manuales de Usuario y T cnicos Documentac n Exposici n y P gina Tabla de tareas metodol gicas Duraci n 5 d as 5 diaz 5 d as 5 d as 2 dias 10 dias 10 dias 5 dias 5 dias 3 d as 2 dias 2 d as 3 d as 1 dia 4 d as 10 dias 10 dias 5 dias 10 dias 5 diaz 5 d as 5 d as 2 dias B dias 5 d as 5 diaz 10 dias 10 dias Comienzo lun 7 25 05 lun 7 25 05 lun 54 05 lun 871 05 lun 5 5 05 lun 5 5 05 lun ems lun 5 3 05 lun 8 1 5 05 lun 8 22 05 lun 8 22 05 lun 8 22 05 mi 8 24 05 lun 8 29 05 mar S 30 05 lun 9505 lun 95 05 lun 94 2 05 lun 94 9 05 lun 105 05 lun 104 0705 lun 104 0705 lun 104 705 mi 104 9 05 lun 10 24 05 lun 10 31 405 lun 1105 lun 1144 05 Fin vie 7 29 05 vie 7129 05 vie 8 5 05 vie 8 5 05 mar 6 3 05 vie 84 3 05 vie BA 3 05 vie BA 2 05 vie 84 3 05 mi 8 24 05 mar 8 23 05 mar 0 23 05 vie BY26 05 lun 8 29 05 vie 9 2 05 vie 9 1 5605 vie 9 605 vie 9 1 505 vie 9 50 05 vie 1005 vie 104 405 vie 10 1 405 mar 1071 8 05 vie 10 28 05 vie 10 20 05 vie 11 4 05 vie 11 46 05 vie 11 25 05 Predecesor 1 2 E 234 3 4 4 8 97 5 13 12 14 6 7 10 1600 1700 1617 18 19 19 19 23 23 21 22 24 25 26 2700
180. rrollado 2 R R Js X X y P donde 1 gt b 27 Par motor 1 0 De 0 8 0 6 0 75 0 4 02 Par motor de la carga of 0 Velocidad Om 0 0 2 Q 4 0 6 0 8 1 Deslizamiento s Figura 3 3 Caracter sticas par motor velocidad para un voltaje variable es el estator La figura 3 3 muestra las caracter sticas t picas par motor velocidad para varios valores de b Los puntos de intersecci n con la l nea de carga definen los puntos de operaci n estable En cualquier circuito magn tico el voltaje inducido es proporcional al flujo y a la frecuencia y el flujo rms del entrehierro se puede expresar Va bV k a bV k_0wp es decir Ko Ko 3 3 m m donde Km es una constante y depende del n mero de vueltas del bobinado del estator Conforme el voltaje del estator se reduce el flujo del entrehierro y el par motor se reducen tambi n Para un voltaje menor la corriente tendr un pico en un deslizamiento de Sa 1 3 El rango de control de velocidad depende del deslizamiento correspondiente al par motor m ximo Sm Para un motor de bajo deslizamiento el rango de velocidades es muy angosto Este tipo de control de voltaje no es adecuado para una carga de par motor constante y por lo general se usa en aplicaciones que requieran un par motor de arranque bajo y un rango peque o de velocidades con un deslizamiento relativamente bajo Tomado de Rashid M H
181. s ndose en informaci n de Internet sobre las normas el ctricas de seguridad que se deben tomar en cuenta oe trasladar la circuiter a de control del controlador inversor y cargador de bater as a circuito impreso y se evaluar su funcionamiento por medio de un an lisis comparativo con los resultados obtenidos en los prototipos oe Incorporar las circuiter as de control del sistema controlador inversor y cargador de bater as en cajas de protecci n y se ubicaran en zonas accesibles en la cabina del conductor oe mantendr n por separados los circuitos de control y de potencia por medio de extensiones o cables de comunicaci n ubicando estos ltimos en zonas de ventilaci n natural o artificial 66 oe analizar la posibilidad de reutilizar o no la caja de mando del sistema actual evaluando la complejidad de la misma y compar ndola con la posible creaci n de una similar manteniendo un bajo costo Para la programaci n de la PC Se buscar con los asesores informaci n sobre la mejor herramienta de programaci n de alto nivel y se evaluar si ya se posee por la empresa o su facilidad de adquisici n Una vez seleccionado el lenguaje de alto nivel se procede con la creaci n de la rutina de comunicaci n que permita la obtenci n del sistema creado Se crear las diferentes rutinas de despliegue almacenamiento y recuperaci n de los par metros obtenidos del sistema creado Se realizar la progr
182. s del 1 al 12 junt ndose en parejas para identificar cada uno de los interruptores existentes Segun la posici n adoptada por la palanca de cambios una combinaci n diferente de contactos que se abren y se cierran Esto quiere decir que no existe una relaci n independiente de cada una de las posiciones de la palanca con un par particular de contactos sino que se dan diversas combinaciones de stos segun la elecci n de cada marcha A la derecha de la figura 5 2 se detallan las posiciones de la palanca de cambios para la que puede cerrarse cada interruptor tambi n ver tabla 5 2 72 1 Rojo Franja Verde 2 Blanca 3 Rojo Franja Amarilla 4 Azul Franja Roja 5 Azul Franja Hegra amp Blanco Hegro Conectores T Hegro ore m Verde Franja Caf Contactos Posteriores del Llavin Posici n Posici n Posici n Posici n Apagado Accesorios Encendido Ignici n 1 1 1 2 3 2 3 2 3 o4 4 4 on 5 5 Figura 5 3 Configuraci n existente de los contactos de llav n de ignici n Otro de los dispositivos de control manual que cuenta el veh culo a utilizar es el llav n el cual es de tipo est ndar y que es utilizado en cualquier veh culo para la protecci n y el exclusivo uso del portador de la llave El llav n cuenta con contactos internos con terminales en su parte posterior ver figura 5 3 que sirven para conectar y desconectar varias de las funciones de los accesorios del veh culo Por ejemplo i
183. sensada Circuito Potencia Banco Compensador Cargador de 9 Baterias Voltaje Selector de sensor Se al Sensada Corriente Figura 5 23 Esquema de control para las etapas del cargador de bater as 104 En la figura 5 23 se puede observar el esquema de control que se utilizar para cada etapa del ciclo de recarga que dependiendo de la etapa en que se encuentre la recarga de la bater a corriente constante voltaje constante voltaje flotante constante as se selecciona la sefial a sensar de la salida del circuito de potencia y por consiguiente la referencia y compensador adecuado de manera digital pero manteniendo la misma estructura La detecci n din mica de las etapas de recarga de la bater a se efectuar por muestreo instant neo del valor de la corriente de consumo de la bater a con un m ximo voltaje de recarga constante Vmax que dependiendo del valor obtenido con relaci n a la corriente nominal de la bater a totalmente descargada imax se sabr la etapa en que se encuentra ver ecuaci n 2 2 Un ejemplo se puede observar en la figura 5 24 Vit y 1 Us 70 90 100 gt recarga Ymax EE janca de baterias i min t Muestren Yims Descargada Recargada Figura 5 24 Esquema de porcentaje de recarga del banco de bater as en el tiempo Recarga 100 y 100 2 2
184. son las que proporcionan las sefiales de disparo tanto del regulador de voltaje como del puente inversor adem s de las necesarias para las v lvulas y bombas del sistema auxiliar neum tico a implementar en una segunda etapa e Se al de datos a PC Puerto esta son se ales digitales que tienen comunicaci n con una computadora personal PC port til para la recolecci n de datos de prueba como velocidad potencia instant nea voltaje corriente de carga etc Este puerto adem s ser bidireccional para obtener la posibilidad de cambio de algunos par metros 23 oe puede observar la figura 1 7 en detalle que muestra los diferentes bloques que componen el sistema de control digital Sensores Control y Mando gt Microcontralador f 156V Regulador 12V 5V Acoples Actuadores Figura 1 7 Diagrama de bloques en detalle del sistema de control Dichos bloques m s importantes son e Microcontrolador dispositivo programable que contiene la l gica de control ver Anexo B 10 e Regulador regulador comercial o disenado que toma el voltaje de las bater as principales 156V reducida a 24v independiente del sistema de alimentaci n de baja potencia convertidor CD CD ver figura 2 6 y la convierte en voltaje 12v para los circuitos anal gicos de acople y transducci n y 5V para el circuito digital microcontrolador utilizado e Transductores son los circuitos que transforman las se al
185. t 3 Input VI VO 5V lo 0 5A 0 C TJ 125 C IMAX 1 5A PDMAX 20W unless otherwise specified Parameter Symbol Conditions Min Typ Max Unit Tse om foo wr 3V z VI x 40V svsw Vosaw 002 007 wv TA 25 C 10m x Io x IMAX Vos 5V 25 0 5 70 1 5 gt 5 100 10mA x lo IMAX Wo gt Adjustable Pin Current Adjustable Pin Current Change Reference Voltage Thermal Resistance Junction to 1 Load and line regulation are specified at constant junction temperature Change in Vr due to heating effects must be taken into account separately Pulse testing with low duty is used PMAX 20W 2 CADJ when used is connected between the adjustment pin and ground Line Regulation Note1 Hline Load Regulation Note1 3V lt VI WO 40V 10mA x lo lt IMAX PD PMAX 3V x VIN VO x 40V 10mA x lO IMAX PD PMAX Minimum Load Current to Maintain VI Vos 15V Pp PMAX VI Vo s 40V PD PMAX 25 RMS Noise of VOUT TA 25 C 10Hz x f x 10KHz Vo 10V f 120Hz without CADJ Hipple Rejection CADJ 10uF Note TA 25 C for end point Long Term Stability TJ THIGH ST measurements 1000HR Maximum Output Current on w Dh to do t e D 207 17 wr SGS THOMSON LM150 250 JM MICROELECTRONICS LM350 THREE TERMINAL 3
186. tas para darles fortaleza y mayor conductividad Figura 6 28 Realizadores del proyecto extremos y t cnicos colaboradores centro De izquierda a derecha se encuentran en la figura 6 28 los realizadores del proyecto y los t cnicos colaboradores Juan Gonzalo practicante Iv n Montes t cnico Pedro Soto t cnico Carlos Desanti practicante En la mesa de trabajo se observan los circuitos implementados y utilizados en el proyecto 124 Figura 6 29 Oficinas y laboratorio donde se implement el proyecto En la figura 6 29 se puede observar la oficina y laboratorio utilizado para la realizaci n del proyecto Al fondo de la fotograf a se observa el escritorio de trabajo de los practicantes realizadores del proyecto Figura 6 30 Instrumento de medici n osciloscopio digital FLUKE 43B En la figura 6 30 se observa el instrumento de medici n utilizado para todo el proyecto Este osciloscopio digital de la marca FLUKE 43B posee diferentes funciones las cuales de mayor importancia se tienen medici n de voltaje y corriente como osciloscopio o mult metro medici n de resistencia conductividad capacitancia potencia medici n de arm nicos captura de pantalla en im genes captura de datos en gr ficos entre otros 125 6 3 Resultados experimentales de Software Gini da Dats Ye Archivo Comunicaci n Web Acerca de Figura 6 31 Ventana de programa principal y menu de recolecci n de datos d
187. tencia para el cargador de bater as 6 Implementar el dise o del circuito de control del cargador de bater as 7 Construir caja de mando para el usuario 30 8 Disefiar el sistema de seguridad por sobrecargas aislamiento disipaci n de calor para el circuito de potencia del puente inversor y cargador de bater as 9 Evaluar el funcionamiento del circuito en una mesa de pruebas con un motor sin carga 2 3 2 Objetivos de software Sistema controlador polif sico 1 Programar un algoritmo de control de velocidad para motores trif sicos sincr nico 2 Programar rutina de reversa y avance del veh culo el ctrico seg n petici n del usuario 3 Programar rutina de alta autonom a baja potencia y baja autonom a alta potencia Computadora 1 Programar una rutina para la comunicaci n con el sistema de control del veh culo el ctrico 2 Desplegar los par metros el ctricos y mec nicos obtenidos del veh culo el ctrico en forma de gr ficos y tablas 3 Programar una rutina para la reprogramaci n de par metros de control 31 Cargador de Bater a 1 Programar el algoritmo de control de las etapas de recarga para el cargador de bater as 2 Programar la rutina de comunicaci n con la PC 2 3 3 Objetivos de documentaci n 1 Elaborar manual de usuario para el uso del mando de los sistemas y la correcta conexi n de sus partes 2 Elaborar un manual t cnico y circuito esquem
188. the following diagrams for more details Use of a 60mV shunt is required for accurate readings Specifications Applications and Features TET Min to Max Ampere Capability 0 01 250A The AHC2 is ideal for use in any electric hybrid and fuel ce Measuring Accuracy 000A vehicle as well as with stationary power systems Measuring Range OE Measuring Range Features of the AHC2 include 199 99Ah High resolution 0 01 Amp Hour and reliability Maximu 3 Power S Power U Compact lightweight construction 64mm x 73mm Mountin F 0 C to 50 C Available and Custom Options Operating Temperatures 2599100058 ht xi verall Error Constant 12V supply to AHC2 display with keyed backlight y Lead 10 300V we Standard auto zeroing capability x 73mm u ole 100A or 200A 60mV current shunt with attached circuit board 100 200 3mO ig isplay Rugged display case 0 06W Isolated PCB means no high voltage at display unit 68mm x 68mm of d High voltage fuse box with shunt and measure head Cable to connect display unit and measuring head available in increments of 1 foot Additional integrated fuse boxes e g a dual fuse box for industrial vehicle applications We amp measuring board bi d Solectria Corporation 9 Forbes Road Woburn MA 01801 USA Tel 781 932 9009 Fax 781 932 9219 sales solectria com www solectria com specifications subject to change Revised Decembe
189. tigaci n Billing 5 dias Dise o Info De Control de C 5 d as Dise o Comparaci n M tode 3 d as Realizar Pedido de todos los 2 dias Programa Determinaci n de 2 dias Programa Probar Algoritmos 3 d as Programa Comparaci n de 1 dia Porerama Rutina de Comunic 4 d as Implertaci n Control y poten 10 d az Implentaci n Control y Paten 10 d as Dise o e Implementaci n Dis Traslaci n a Impresa y Pruebe Circuiter a de Control en Cajas Montaje Circuitos de Potencia Valoracion y Montaje del Tabl PC Elegir Lenguaje de Alta M PC Programaci n y Pruebas Reprogramaci n de Par Auto Evaluaci n de todos lo Documentaci n Creaci n de 10 d as Documentac n Exposici n y 10 d az Figura A 6 2 Cronograma de actividades de Gantt b continuaci n primera parte 166 Ap ndice A 7 C digos fuentes de los programas de microcontroladores PIC1 y PIC2 Programa controlador inversor include 16F877 h device 16 device adc 8 use delay clock 14318180 fuses HS NOWDT PUT use rs232 baud 9600 parity N xmit PIN C6 rcv PIN_C7 include lt CTYPE H gt include lt stdlib h gt include lt Math h gt IDECLARACION DE PUERTOS byte PUERTOA 0X05 byte PUERTOB 0X06 byte PUERTOC 0X07 byte PUERTOD 0X08 byte PUERTOE 0X09 IIDECLARACI N DE VARIABLES define T reversa 10 Byted Torque dx Cruzado byte Dato TX 6 byte Contador Mult byte GET T byte Aux byte Periodo Gx
190. tor utilizado en distribuci n de se ales del convertidor CD CD 120 Circuito de potencia de cargador de bater as 120 Circuito de potencia de inversor trif sico 121 Diferentes circuitos implementados y utilizados para la realizaci n del proyecto 121 Circuito de control del inversor cargador de bater as y reprogramaci n 122 Circuito impreso PCB del inversor cargador de bater as y reprogramaci n 122 Circuito de fuente Driver del cargador de bater as 123 Circuito inversor monof sico utilizado en los driver del inversor trif sico 123 Vista inferior PCB del inversor monof sico utilizado en los driver 124 Realizadores del proyecto extremos y t cnicos colaboradores centro 124 Oficinas y laboratorio donde se implement el proyecto 125 Instrumento de medici n osciloscopio digital FLUKE 43B 125 Ventana de programa principal y menu de recolecci n de datos de la PC 126 Ventana para la apertura de un documento 127 Ventana para la adquisici n de datos del 51 128
191. torage Temperature 55 to 150 Notes 1 Operation in excess of any one of these parameters may result in permanent damage 2 Peak forward current lrm Pulse width 100 us Duty Ratio 1 3 When all input pins are connected to all output pins at TA 25 C and RH 60 OUTLINE DIMENSIONS Units in mm PS9634 10 16 3 8 4 56 2 8 MIN y 065 1 34 1 27 MAX 0 to 15 0 50 0 10 Signal processing circuit RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS 25 PART NUMBER PS9634 PS9634 SYMBOLS PARAMETERS UNITS MIN TYP 8 1 Ve Supply Vorage V 46 tor Operating Temperature c o 25 50 TRUTH TABLE 7 62 PS963 6 5 0 05 to 0 2 B l E 0 9 0 25 9 60 0 4 1 34 0 10 PIN CONNECTION top view PS9634 Anode Cathode NC NC Output O1 Output O2 GND Vcc St OO OUI 192 8 International TOR Rectitier 50MTOGOULS 127123 C 02 03 LOW SIDE CHOPPER IGBT MTP Ultrafast Speed IGBT Features Gen 4 Ultrafast Speed IGBT Technology HEXFRED Diode with UltraSoft Voces 600V Reverse Recovery Very Low Conduction and Switching l 1 TA Losses 25 C Optional SMT Thermistor NTC ES Aluminum Nitride DBC Very Low Stray Inductance Design for High Speed Operation UL approved file E78996 Benefits Optimized for Wel
192. tores activados digitalmente un divisor de voltaje con resistencias un contactor y un 75 interruptor mec nico cuyo comportamiento el ctrico es el siguiente Desde el microcontrolador PIC16F877 1 se activa el tiristor de baja potencia cuando la palanca de cambios se encuentre en una posici n diferente a NEUTRO o sea en REVERSA ECONOMICO NORMAL o POTENCIA POWER EI tiristor deja fluir corriente hacia el divisor de tensi n que reduce el voltaje para la bobina del contactor a 110VCD Los contactos normalmente abiertos N O del contactor se cierran y se establece tanto el enclavamiento el ctrico como un camino para que la corriente pueda fluir hacia o desde el inversor Otro de los dispositivos es el tiristor de alta potencia conectado desde el positivo de la bater a hacia la l nea principal de alimentaci n del inversor Este tiene la funci n de conectar la bater a con el inversor cuando se activa la aceleraci n con el pedal siempre y cuando el contactor antes mencionado se haya activado Cuando el motor actua como generador funci n regenerativa el puente inversor actua como rectificador la corriente fluye hacia la izquierda de la figura 5 4 y pasando por el contactor no desciende directamente hacia la bater a debido a que el tiristor de alta potencia se bloquea proporcionando protecci n y control sobre la direcci n del flujo de corriente para recargar la bater a El interruptor mec nico o neutro es activado
193. trolar Un solo IGBT soporta toda la corriente de carga del motor No existe retorno directo de corriente a las bater as en una funci n regenerativa la circuiter a del regulador de voltaje lo impide Comparaci n de m todos de control de circuiter a de potencia Circuito de Potencia Control de voltaje y 2 frecuencia por t cnica Un componente menos de potencia IGBT a controlar La corriente de carga del motor la soportan varios IGBT Existe retorno directo de corriente a las bater as en una funci n regenerativa Por medio de un SCR se puede desviar la energ a hacia la entrada del cargador de bater as PWM directo Multiple medicion de corriente y voltaje por Fase Un solo modulo de control de voltaje y frecuencia oe utilizan m ltiples moduladores PWM sincronizados de ancho de pulso variable por semiciclo Complejidad de programaci n Genera m s arm nicos cantidad de control de frenado regenerativo la energ a fluye directamente a las bater as de no ser que se complique el disefio del control del inversor para que cumpla el papel de cargador al mismo tiempo Se complica el Aunque la utilizaci n de ambos m todos de control o hardware de potencia proporcionan el cumplimiento de los requerimientos el ctricos no es as en lo referente a lo econ mico en fabricaci n y mantenimiento y que es punto importante en la b squeda de una soluci n para este problema de la empr
194. uctor que proviene directamente del circuito inversor de la figura 5 4 para introducir la corriente del regenerativo no directamente hacia la bater a sino que pase por el cargador para poseer control sobre sta Existe una prevista para conectar un circuito auxiliar a fin de proveer una opci n para la transformaci n del veh culo el ctrico puro en h brido serie En este caso no existen conflictos de la alimentaci n auxiliar con la energ a del regenerativo pues tanto los diodos del puente rectificador de la entrada como los del circuito inversor estar n abiertos cuando la tensi n del otro lado del circuito sea mayor Si el regenerativo es mayor pone en polarizaci n inversa al puente rectificador de entrada y si la energ a auxiliar es mayor pone en inversa los diodos del circuito inversor Todos los sensores mostrados y utilizados en el control de la recarga se detallar n m s adelante 78 Las fuentes g3 y g5 deben ser independientes Fuente Alimentaci n Puente inversor BE EW Ac Monofasica Aislada 5605 g1 10 Ka Banco GND Bater as 156 V gi 5y La fuente de 04 es la misma para gb y 92 55054 1 Fuente Alimentaci n Puente inversor Monoatfasica Aislada 4 4 10 18 GND g4 2 Figura 5 6 Circuitos de los drivers y fuentes de drivers para los IGBT s del inversor Acerca de los drivers para el dis
195. valor de Ai de la ecuaci n 3 46 o de la ecuaci n 3 47 en la ecuaci n 3 51 se obtiene V m V y n V k 1 k 8SLC V 8LCf 252 El regulador reductor requiere de un solo transistor es sencillo y tiene una alta eficiencia mayor posible cortocircuito a trav s de la trayectoria del diodo requiere de un circuito de protecci n del 90 El di dt de la corriente de carga esta limitado por la corriente del inductor L Sin embargo la corriente de entrada es discontinua y por lo general se requiere un filtro suavizante de entrada Proporciona una polaridad de voltaje de salida y de corriente unidireccional de salida En el caso de un posible cortocircuito a trav s de la trayectoria del diodo se requiere un circuito de protecci n 3 3 8 Sensado de alta tensi n y alta corriente sw i gt vee 2 e larga Alta Tensi n R Ref m R2 Medici n Voltaje Bis R3 2 EN in aut E Ref Ref Y gt Medici n Corriente 22 RS E NUM Ref Ref Ret Figura 3 16 Esquema de sensado de voltaje y corriente de carga 58 3 3 8 1 Sensado de voltaje En la figura 3 16 se puede observar el circuito de sensado del voltaje denominado como medici n de voltaje El circuito esta compuesto por tres partes divisor de voltaje que disminuye el alto voltaje en bajo voltaje para ser tratado digitalmente Filtro RC pasa bajas que se encarga de obtener el voltaje promedio y un seguidor de voltaje
196. varse la forma de cada una de estos voltajes de fase con el desfase de 120 esperado y la amplitud m xima de las sefiales simuladas es de aproximadamente 103 V que es 2 3 del voltaje de entrada 156V La escala de tiempo no corresponde con la deseada no porque se haya cometido alguna equivocaci n sino para facilitar el an lisis por transciendes de tiempo de c lculo del programa de simulaci n 109 130 0 100 0 30 0 Ibn 0 50 0 100 0 130 0 200 Ost AUC Ott 400 m 200 091 Tiempo s c Figura 6 2 Simulaci n de corriente de fase B del circuito inversor con carga RL Para la fase B en la simulaci n del circuito inversor se muestra el comportamiento de la corriente para una carga RL figura 6 2 La simulaci n no se realiza con los valores exactos de resistencia e inductancia del motor el ctrico a controlar pero s se ejemplifica las variaciones exponenciales de cada uno de los tramos controlados por medio de IGBT s Seg n sea el valor de la inductancia la onda de corriente mostrada se parecer m s o menos a una se al senoidal igual que en la figura anterior la escala del tiempo no corresponde a la deseada sino solamente es conveniente para la simulaci n La figura A 3 2 del ap ndice A 3 muestra la simulaci n voltaje vi 100 200 Ost 300 Drm 400 Ds SDD Drm Tiempo si Figura 6 3 Simulaci n de detector de contactos del llav n Con respecto a la simulaci n del detector de
197. y of economic type due to the costs of repair maintenance of the control systems controllers since quickly they became in obsolete the market without the possibility of the acquisition of the schematic design of the same one for its local production The importance of the solution resides as a strategic factor for part of the development of the country since in Costa Rica he she takes place and it distributes electric power key point as for not continuing incentivating this plan by reason of this problem besides the lost ones economic if the experience is left aside Therefore you arrived to the necessity of intruding in the design of an own technology of controllers of low cost and maintenance based on the experience in this vehicles and in the possible evolution to those of hybrid technology the best in autonomy and existent economy in this type The project was divided in two stages In the first stage and main to solve in this report the design electronic basic prototype of low cost of an electric vehicle of previously acquired chassis which understands controller s Multi Phases investor design for the locomotion regenerative control loader of connection batteries with the net electric maidservant besides having foreseen for an auxiliary system of generation that transforms the vehicle into one hybrid series and that one will be able to implement in a second stage different to the solution of this project Keywords Electric ve
198. zclan las caracter sticas de los motores de combusti n interna con los de el ctricos adem s de la utilizaci n de bater as de ultima generaci n tipo alcalinas de celdas de combustible y ultra capacitares con la desventaja de su alto costo comercial El tema de los veh culos el ctricos comerciales es tan reciente y tan abierto que es elecci n de los interesados en dicha tecnolog a la configuraci n a utilizar para alg n proyecto en espec fico por tanto se intentar dar a este proyecto un enfoque de estandarizaci n y de diseno completamente original para Costa Rica 36 3 3 Descripci n de los principales principios f sicos y o electr nicos relacionados con la soluci n del problema 3 3 1 Control de Voltaje del Estator AS Rs Is Ir Figura 3 2 Circuito equivalente aproximado por fase La figura 3 2 muestra el circuito equivalente por fase de un motor trif sico a controlar Esta figura se usar de referencia para poder determinar todas las ecuaciones y teor a con respecto a diferentes sistemas de control que se presentar n a continuaci n Comenzando con el control de voltaje en el estator se tiene 3R V R R Js X X m La ecuaci n 3 1 indica que el par motor es proporcional al cuadrado del voltaje de alimentaci n del estator y una reducci n del voltaje del estator producir una reducci n en la velocidad Si el voltaje real se reduce a bVs de la ecuaci n 3 1 se obtiene el par desa

Download Pdf Manuals

Related Search

Ver/Abrir ver abrigos ver abricot

Related Contents

Document - Observation PACA Conjoncture  IR Dome Camera User Manual  technical bulletin fs-c5015n/c5025n subject  薄型プラグイン方式 警報設定器 MS3705 取扱説明書 注意 ！ 警告  iTe 1.1 User's Guide  Easy Setup with the Low-cost, Compact NP Series  mode d`emploi de cette pommade UDDER COMFORT  添付文書  Memorex DT1900-PSM User`s guide  Conex® DIS-G  

Copyright © All rights reserved. Failed to retrieve file