Cargador de Baterias de 1,5 Kw

  • View
    142

  • Download
    11

Embed Size (px)

Transcript

Diseo Tarjeta de Controlde un Cargador de Baterasde 1,5 kW, basado en unrectificador controlado monofsico

Titulacin:Intensificacin:Alumno/a:Director/a/s:

Ingenieria Tc. Industrial,Esp. Electrnica IndustrialJuan Ant. Martnez BorregoPedro Daz Hernndez

Cartagena, 19 de Septiembre de 2011

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

NDICE1. MEMORIA1.1 INTRODUCCIN...1.1.1. OBJETIVOS.1.1.2. NORMATIVAS.1.2 DESCRIPCIN DISEO GENERAL..1.3 BLOQUE 1: SENSORES..1.3.1. SENSOR DE TEMPERATURA1.3.2. SENSOR DE CORRIENTE...1.3.3. SENSOR VOLTAJE DE BATERIA..1.4 BLOQUE 2: SINCRONIZACIN CON LA RED....1.5 BLOQUE 3: CIRCUITO DE CONTROL DE CARGA...1.5.1 SOFTWARE DEL MICROCONTROLADOR1.6 BLOQUE 4: DRIVER DE DISPARO DEL TRIAC.1.7 BLOQUE 5: ALARMAS, MEDIDAS.1.8 SIMULACIONES....

233447789101114161720

2. PLANOS...2.1 NDICE DE PLANOS.

2425

3. PLIEGO DE CONDICIONES.3.1 CONDICIONES PARTICULARES..3.2 COMPADOR DUAL DEL VOLTAJE COMPENSADO LM193.3.3 CONDENSADORES CAPACITORES.3.4 DIODOS...3.4.1 DIODOS LED3.4.2 DIODOS SEMICONDUCTORES.3.4.3 DIODO ZENER BZX84C12 SOT-23.3.5 ESTABILIZADOR DE TENSIN LM2931AT 5.0...3.6 FUSIBLES 250 mA ...3.7 MICROCONTROLADOR PIC16F1826 .3.8 POTENCIOMETROS.3.9 PUENTE RECTIFICADOR ..3.10 RELAY DPST ..3.11 RESISTENCIAS ELECTRICAS.3.12 SELECTOR DE VOLTAJE 3.13 TERMISTORES - 334-NTC152-RC.3.14 TRANSFORMADOR3.15 TRANSISTOR NPN DARLINGTON 2N6426 TIP122.3.16 TRIAC MAC224 ..3.17 TRIAC OPTOACOPLADOR MOC3020 ..

323334353636363839394041414243444545464747

4. PRESUPUESTO.

48

5. BIBLIOGRAFA...

51

6. ANEXOS..6.1 ANEXO N1: CODIGO DE PROGRAMACIN.6.1.1 ANEXO N1: Cargador_main.c..6.1.2 ANEXO N1: Cargador.h.6.2 ANEXO N2: BATERIA PLOMO ACIDO6.3 ANEXO N3: NORMATIVA NO-DIS-MA 5200..6.4 ANEXO N4: DATASHEET..

53545463667789

1

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

1. MEMORIA

2

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

1. MEMORIA1.1. INTRODUCCINUn cargador de bateras es un dispositivo utilizado para suministrar la corrienteelctrica o tensin elctrica que almacenar una (o varias simultneamente)bateras.La carga de corriente depende de la tecnologa y de la capacidad de la bateraa cargar. Por ejemplo, la corriente, tensin, que debera suministrarse para unarecarga de una batera de automvil de 12V deber ser muy diferente a lacorriente para recargar una batera de telfono mvil.Existe una amplia variedad de bateras, cada una con unas caractersticas yunos parmetros de carga y descarga diferentes. Estn las bateras de Ni-Cd,Plomo-cido, In- Litio, etc. Pero en este proyecto nos centraremos en eldiseo de un cargador de bateras, ms en concreto, bateras de Plomo-cido.Toda la informacin referida a este tipo de bateras vase el Anexo 2.Gracias al amplio abanico de posibilidades que nos ofrece la electrnica,podemos disear una tarjeta de control para un cargador, el cual nos permitircontrolar muchos aspectos antes, durante y despus de la carga de la batera obanco de bateras.Podremos comprobar nivel de carga, temperatura, el estado de la batera,corriente inyectada, voltaje, etc.1.1.1. OBJETIVOSEl objetivo de este proyecto ser el diseo de una tarjeta de control para uncargador de bateras de 1.5kW.Dicho diseo se ha dividido en diferentes bloques, con la intencin de mejorarsu entendimiento y a la vez ayudar al desarrollo del proyecto.Los diferentes bloques se abordarn como unidades independientes, haciendoun estudio detallado de cada uno de ellos: funcionamiento, componentes,planos, pcbs y simulaciones. Al final todo ser plasmado en un nico planoconjunto.Se realizar un estudio de costes que refleje todos los gastos asociados alproyecto.

3

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

1.1.2. NORMATIVASNormativas europeas: Normativa europea EN 60335-2-29: Requisitos particulares paracargadoresde bateras. Norma de distribucin NO-DIS-MA- 5200La presente Norma tiene por objeto definir las caractersticas de diseo,fabricacin y ensayo de cargadores de bateras destinados a cargar bancos debateras de plomo-cido estacionarias de 12-23 elementos, y de 52 elementosdestinadas a suministrar tensin auxiliar de tensin continua en estaciones detransformacin en 24/48Vcc (equipo con tensin de salida mltiple para serusado en bancos de 24V 48V indistintamente), y cargadores de 110Vccrespectivamente.Vase Anexo 31.2. DESCRIPCIN DISEO GENERALPara poder explicar el funcionamiento bsico del cargador, visualicemosprimero el diseo que se muestra a continuacin:

TRIACTRANSFORMER CT

RELAY DPST220 VAC P1

DIODE220 VAC P2

CurrentMeterPOS +

NEG -

NTCTHERMISTOR

VoltMeterDIODE

t

current sensor

Control Board

Imagen 1. Esquema general

4

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

Como se puede ver en la grfica es sabio utilizar el control del voltaje y lacorriente de carga en el primario del transformador en lugar del secundario, lasrazones son:* Se utiliza un solo tiristor (triac) en lugar de dos o cuatro SCR, usamos dosdiodos y una toma central del transformador para obtener una rectificacin deonda completa. Para hacernos una idea, un cargador de 1500W a 12 Vdcproduce una corriente de carga de 125A.Usar SCR es caro y adems el sensorde corriente debe tener un rango de 0 a 150A, es demasiada corriente, sinembargo al hacer el control en el primario el escenario cambia totalmente. Sicalculamos nuestro rango, 1500 entre 220 Vac es igual a 6.81A, nuestro controles solo de 0 a 10A, hablamos de un control quince veces menor. Por tanto,controlamos hasta 10A y dejamos a la relacin de transformacin deltransformador que haga el resto.* Utilizamos un rel en la entrada a modo de proteccin. Si hay una sobrecorriente el sistema de control puede desconectar el cargador del Vac e indicarun cdigo de error por sobre-corriente.El algoritmo que utilizamos es muy simple, pero preciso y fiable, lo primero, nousamos en el diseo el PID (proporcional, integral y derivativo) para estabilizarel cargador. En lugar de eso, el software empieza controlando la corriente decarga desde una mnima corriente, progresivamente empieza a subir hasta quesucede una de dos cosas:1. Se alcanza la mxima corriente permitida2. Se alcanza la mxima demanda de corriente de la batera.Una vez en este punto la corriente se controla con un PWM de 100 Hz, estafrecuencia es la mitad del ciclo de la onda senoidal, en el driver del Triac.A continuacin, se explican las diferentes etapas de carga en los que se puedeencontrar nuestro cargador:PRIMERA ETAPA O BULK

Si la corriente baja entonces aumentamos el ngulo de conduccin delTriac.Si la corriente sube, disminuimos el ngulo de conduccin.Si la corriente se mantiene, no hacemos cambio en el ngulo deconduccin.

5

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

Esta parte mantiene una corriente constante de carga y se le conoce como laetapa de carga Bulk, cada 100 Hz se mide el voltaje de la batera paracompararlo con el voltaje de Bulk, cuando el voltaje Bulk es alcanzado ( estevoltaje se pre-configura dependiendo de la informacin tcnica del fabricantedel tipo de bateras que queremos cargar, para las de plomo cido es deaproximadamente 14.5 Vdc en el sistema de 12 voltios) entonces el algoritmocambia de modo Bulk o corriente constante, a la segunda etapa de carga oAbsortion.SEGUNDA ETAPA O ABSORTIONEsta etapa controla el voltaje para que no se exceda del voltaje Bulk , de lamisma forma como es controlada la corriente, slo que en este caso, en lugarde medir la corriente, medimos el voltaje de la batera.

Si el voltaje est por debajo del voltaje Bulk, aumentamos el ngulo deconduccin del Triac.Si el voltaje est por encima del voltaje Bulk, disminuimos el ngulo deconduccin.Si se mantiene no cambiamos el ngulo de conduccin.

Esta etapa se conoce como voltaje constante, peridicamente (cada 100 Hz) severifica la corriente de carga con dos propsitos:Si la corriente aumenta por encima del 35% de la corriente mxima delcargador, la etapa de Absortion es cambiada por la etapa Bulk paracontrolar la corriente.Si la corriente de carga baja de un 10% de la corriente de carga total, entoncesse presupone que las bateras estn por encima de un 90% de la carga total ypor lo tanto se cambia a la ltima etapa de carga o etapa Float.TERCERA ETAPA O FLOATFloat o flotante, sta etapa se encarga de mantener las bateras 100%cargadas, sigue siendo en modo de voltaje, pero no con el voltaje Bulk(14.5Vdc), sino con el voltaje Float o flotante (13.35Vdc aproximadamente).Otra vez este voltaje es controlado de la misma forma como es controlado elvoltaje Bulk.El circuito del cargador totalmente detallado, con todos los bloques incluidos,puede verse en el apartado de planos.6

Diseo Tarjeta de Control de un cargador de bateras de 1,5kW

Juan Antonio Martnez Borrego

Proyecto Fin de Carrera

1.3. BLOQUE 1: SENSORESEn el bloque 1 tenemos los sensores, este cargador de bateras tiene dossensores de temperatura, un sensor de corriente y un sensor del voltaje de labatera. Con stos es suficiente para todas las funciones del cargador.1.3.1. SENSOR DE TEMPERATURAPara medir la temperatura existen diferentes formas, la ms econmica esutilizando una divisin de tensin, siendo una de las resistencias un termistor ose puede usar uno de esos integrados fabricados para este propsito. Decidircul