UNIVERSIDAD REGIONAL AUTÓNOMA DE LOS ANDES “UNIANDES”
FACULTAD DE SISTEMAS MERCANTILES CARRERA DE SISTEMAS TEMA: IMPLEMENTACIÓN
DE
UN
BALASTRO
ELECTRÓNICO
MICROCONTROLADOR PIC PARA LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN AUTORES DEL PROYECTO: ARMANDO M. - GUTIÉRREZ MENÉNDEZ, ALEXANDER- FERNÁNDEZ CORREA, YANDRY - RODRÍGUEZ DOMÍNGUEZ AUTORES DEL INFORME: DANIEL OLMEDO, ALEXIS CHICAIZA, JAIME ANRANGO CATEDRÁTICA: ING. ANA SANDOVAL, MSC NIVEL: TERCERO MODALIDAD: PRESENCIAL FECHA: 20/01/2018 IBARRA – ECUADOR OCTUBRE 2017 – FEBRERO 2018
CON
TEMA:
Implementación de un balastro electrónico con microcontrolador pic para lámparas de sodio de alta presión
OBJETIVOS -Objetivo general:
Desarrollo de un informe en el cual se detalle el uso del microcontrolador para el proyecto escogido por los integrantes del grupo
-Objetivos específicos: - Redactar la información entregada por el docente en el informe - Demostrar la importancia de la investigación a partir de proyectos ya elaborados.
DESARROLLO: 1 RESUMEN: En el presente informe se detallará la investigación y trabajo realizado por los estudiantes del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría- La Habana en Cuba, muestra un prototipo de balasto electrónico, que garantiza la operación exitosa en alta frecuencia de una lampara de sodio de alta presión (70W) para evitar fenómenos de la resonancia acústica se implementara un microcontrolador de 8 bits (PIC16F877), el cual se activara en dependencia de la variación de los parámetros eléctricos de la lampara, como la tensión y la corriente, como principal fuente de resultados se enfocan en la potencia y la duración del mismo proyecto. 2 INTRODUCCIÓN: Las lamparas de descarga de alta intensidad son utilizadas para diversas aplicaciones, como por ejemplo las lamparas de sodio de alta presión, dichas lamparas al poseer una elevada vida promedio y excelente eficacia, al ser operadas en alta frecuencia usando balastos
electrónicos
lograrían
alcanzar
prestaciones
energéticas
superiores,
flexibilidades de atenuación de la luz y aumento del tiempo de vida en las lamparas. Los problemas que presentan dichas lamparas son relacionadas con la acústica, la forma mas sencilla de como se presenta es con un parpadeo en la luz generada por la lampara debido a la deformación en el arco de descarga y el intenso daño físico que se produce en el balasto. En el presente trabajo se propone el diseño e implementación de un prototipo de balasto experimental para una lámpara de vapor de sodio de alta presión, que brinde solución al fenómeno de resonancias acústicas usando una técnica de modulación en frecuencia, cuando es detectada la presencia del problema a través del monitoreo de los parámetros eléctricos de la lámpara. 2.1 Situaciones presentes en las lamparas: Resonancias Acústicas: El fenómeno de la resonancia acústica se basa en que la lampara al ser alimentada con una forma de onda de alta frecuencia, la potencia instantánea se encuentra variada, dicho factor relacionado con la temperatura provoca variaciones de presión en el gas del tubo de descarga.
Balasto Electrónico: El ms utilizado esta compuesto por 5 etapas: filtro de entrada, rectificador, convertidor de corriente, inversor e ignitor, características apropiadas para cumplir los requerimientos establecidos para los equipos de iluminación, se utiliza un inversor para la alimentación de la lámpara en alta frecuencia, mientras que el ignitor se encarga de crear el pulso de alta tensión que inicia la descarga en la lámpara. El microcontrolador: El microcontrolador empleado para desarrollar la estrategia de control es el PIC16F877A de la Microchip, una vez energizado lo primero que ejecuta es la inicialización de los parámetros que intervienen en la técnica de modulación en frecuencia, de esa manera pasa a configurar su conversor analógico digital, el microcontrolador y el conversor trabajan para variar la tensión de referencia del circuito, para lo que establece 2.5 V en su salida de manera tal que cuando sea energizado el circuito de potencia el convertidor elevador comience entregando 300 V en su salida. El microcontrolador PIC16F877A: El microcontrolador posee características versátiles, eficientes y prácticos para ser empleados en aplicaciones, ya que soporta la comunicación serial, amplia la memoria de datos y memoria reprogramable (una memoria denominada FLASH), posee instrucciones para su manejo. El microcontrolador PIC debe ejecutar la técnica de modulación seleccionada durante 2 periodos de la señal modulante, para luego establecer una nueva frecuencia de operación que posea una diferencia de valor, su valor aumenta cada vez que ocurra una modulación GENERACIÓN
DE
LA SEÑAL MODULADA EN
FRECUENCIA CON
EL
MICROCONTROLADOR
Para lograr implementar la técnica de modulación en frecuencia en el microcontrolador, primeramente se crea la señal portadora, esta señal es obtenida de la salida PWM del microcontrolador, con un ciclo útil de un 50 %.La señal modulante se logra concebir en el microcontrolador una vez discretizada y en dependencia de los principales parámetros que la conforman, como se muestra en la figura 7, las variables conocidas son: frecuencia máxima (Fmáx), frecuencia mínima (Fmín), período de la señal (T) y paso de frecuencia.
Figura 1 Señal modulante discretizada en el dominio del tiempo. Fuente: Autores del Proyecto
Implementación de Etapas: La figura 8, muestra los circuitos de potencia (circuito impreso inferior) y control (circuito impreso superior) desarrollados, El inversor medio puente junto al circuito impulsador y el generador de tiempos muertos conforman el segundo modulo final de la placa de potencia.
Figura 2 Circuitos de potencia y control. Fuente: Autores del Proyecto.
La alimentación de los circuitos de fuerza y control son independientes, la tensión de entrada de la etapa de potencia es 110 V (RMS) a 60 Hz, mientras que el control recibe 12,5 V de tensión de corriente directa de una fuente auxiliar. La figura 9 a), muestra el ignitor de pulsos superpuestos serie utilizado, la figura 9 b), presenta el filtro de salida confeccionado por tres inductores en paralelo con el fin de que circule la corriente nominal por la lámpara, mientras que en la figura 9 c), se presenta el circuito desarrollado para la medición y acondicionamiento de la tensión y corriente de la lámpara.
Figura 3 a) Ignitor de pulsos superpuestos serie. b) Inductor de salida. c) Circuito para monitoreo. Fuente: Autores del Proyecto
RESULTADOS: La técnica de la modulación puede afirmar que en frecuencia cumple con el objetivo para la que se desarrolla, suprime los fenómenos afectadores para la lampara, garantizando una duración y potencia estabilizando la tensión y corriente a una nueva frecuencia de operación, alcanzándose a 25 KHz, potencia nominal en la lampara después de aplicar la técnica de la modulación mediante el microcontrolador.
CONCLUSIÓN: Con el prototipo experimental desarrollado se logra un balasto electrónico experimental, que logra operar a la lámpara de vapor de sodio de alta presión en alta frecuencia, libre de resonancia acústica. El método de detección utilizado es efectivo para determinar la ocurrencia de este fenómeno en la lámpara, pues al medir la resistencia se aprovecha la información que contiene las señales de tensión y corriente. Al producirse un aumento de la resistencia real de la lámpara se produce la técnica de estabilización implementada, la cual brinda resultados aceptables para evitar la ocurrencia de resonancias acústicas en la lámpara. Ha sido demostrado el correcto funcionamiento de las etapas de potencia del balasto implementado, pues las mediciones prácticas efectuadas corresponden a las simulaciones realizadas.
CUESTIONARIO: 1) Defina la definición de Microcontrolador
2) Señale la característica correcta del microcontrolador PIC16F877A: a. Posee un transformador de corriente directa a corriente Alterna b. Soporta un modo de comunicación serial c. Su memoria no es reprogramable, por lo que solo se puede programar una vez d. Es un circuito integrado poco versátil. 3) ¿Cuál es la característica principal de las lamparas de alta intensidad? a. Poseen una elevada vida promedio y excelente eficiencia b. Su flexibilidad es poco factible para su funcionamiento. c) No son muy aplicadas en proyectos debido a su poca eficiencia y durabilidad 4) Señale la definición correcta de “Balasto electrónico” a) Es un equipo que sirve para mantener estable la intensidad b) Es un tubo con la capacidad de generar electricidad no controlada c) Es un componente capaz de generar luz a poca densidad
5) Señale la característica correcta de Resonancias acústicas: a) Son vibraciones que ocurren tras el impacto de algún objeto b) Consta de un movimiento Periódico que somete a las oscilaciones de una frecuencia determinada c) Es una serie de fenómenos relacionados con los movimientos periódicos d) Es la fuerza de fenómenos que se hacen presentes cuando la temperatura entra en frecuencia 6) Con cuanto voltaje alimento el ignitor al prototipo? a) 250V
b) 310V
c) 300V
d) 110V
7) ¿Cómo se logro modular la frecuencia con el microcontrolador? a. Mediante Señales continuas de temperatura b. Se inicializo con una señal portadora, obtenida a través de la salida PWM del microcontrolador c. Con establecimientos de tiempo y aplacamiento de diferentes voltajes 8) Complete: La alimentación de los circuitos de fuerza y control son independientes, la tensión de entrada de la etapa de potencia es: a. 110 V (RMS) a 60 Hz, mientras que el control recibe 12,5 V de tensión de corriente directa de una fuente auxiliar b. prácticamente reducida a la implementación de una fuente auxiliar de energía c. 300V a 60 Hz, mientras que el control recibe 9 V de tensión de corriente directa. 9) Como se logro resolver el problema con la resonancia acústica a. Energizando la misma a diferentes frecuencias de conmutación b. Elevando las frecuencias eléctricas alrededor de un 60% c. Aplicando diferentes tamaños de resonancias acústicas 10) Con que frecuencia trabaja el balasto Electrónico-
a) 35 kHz b) 48 kHz c) 72 kHz d) 60 kHz