Puente H para motores corriente continua.
Para controlar motores mediante circuitos electrónicos es necesario el empleo de dispositivos especiales, para los motores de corriente continua (CC) algunos dispositivos empleados suelen ser bastantes costosos, una solución simple y practica es emplear una configuración especial que se llama puente H.
El puente H gana su nombre por la mera configuración de componentes en forma de H, este permite a un motor eléctrico CC girar en ambos sentidos, adelante y atrás.
Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o con semi-conductores). Cuando los interruptores S1 y S4 (figura 1) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.
En la imagen un puente H típico, y los cambios de giro al aplicar los diferentes conmutadores.
Como ya se menciono el puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre las bornes del motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las diferentes acciones.
S1
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S2
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S3
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S4
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Resultado
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0
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El motor se detiene por inercia
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1
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El motor gira en atrás
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1
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1
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El motor gira en adelante
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1
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1
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0
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El motor frena (fast-stop)
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En este tipo de circuitos es emplear interruptores electrónicos (como Transistores, IGBT), por su durabilidad y velocidad de conmutación. Además los interruptores electrónicos se acompañan de diodos (conectados a ellos en paralelo) por lo general de alta velocidad y que permiten a las corrientes circular en sentido inverso, para evitar la corrientes inversas producto de cambio de giro y parado del motor. una implementación típica en la figura siguiente.
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| Puente H con transistores |
Existen variaciones de este circuito, transistores Fet, Mosfet, Reles, arreglos Darlington, etc. pero en general la funcionalidad y el concepto básico es el mismo. Sin embargo es necesario conectar la base de dos transistores a la vez para lograr la correcta conmutación un a mejor aproximación sera.
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| Circuito propuesto para el control básico. |
Si bien el puente H funciona correctamente es necesario eliminar algunas combinaciones no deseadas o mejor prohibidas, por protección de los motores o los dispositivos de conmutación una caso típico que puede ocurrir es por ejemplo, que ocurre si se activan los conmutadores Q1 y Q3 al mismo tiempo.
La corriente circula sin carga como consecuencia los conmutadores se dañan y posiblemente los diodos de protección.
Bien, para lograr solucionar este problema se debe diseñar un circuito combinacional (compuertas lógicas) para anular e incluir funcionalidades al controlador dado que la combinación de Fast-stop. no esta implementada de manera sencilla, y para economizar en señales de control.
A
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B
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S1
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S2
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S3
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S4
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Resultado
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El motor se detiene por inercia
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1
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1
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El motor gira en atrás
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El motor gira en adelante
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1
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1
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1
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El motor frena (fast-stop)
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Esta tabla muestra el conjunto de salidas deseadas. y por supuesto eliminando y agregando las funcionalidades extras. se observa que cumple todas las combinaciones posibles y sus respectivas salidas.
La ecuaciones son:
implantando con compuertas NOR
Implantadas solo con compuertas NOR se observa en el siguiente diagrama.
De esta forma discriminamos las combinaciones como S1-S3 y S2-S4, indeseadas y agregamos las que requerimos como el fast stop S1-S2.
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| Implantación con compuertas NOR. |
Nota: se implanta solo con compuertas NOR, pero es posible hacerlo con otro tipo de compuertas, como por ejemplo una implantación solo con compuertas NAND y otra forma con inversores y compuertas AND.
La razón especifica de implantar con compuertas NOR es que solo se utilizará un IC que contiene internamente 4 compuertas NOR por ejemplo TTL 74LS02 o similar.
El nuevo circuito incluyendo el control es el siguiente.
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| Puente H con Control de giro, parada
rápida |
Y finalmente tenemos un circuito de control de motores CC bastante completo para cualquier aplicación. a continuación un vídeo de la simulación del circuito propuesto.
En una próxima entrada montaremos en protoboard el diseño para controlar un pequeño motor CC. Montaje Proto.
Nos vemos...
