PLL para motores Brushless

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Los motores Brushless son utilizados en una variedad muy importante de aplicaciones. Por supuesto que no vamos a enumerar a todas ellas porque caeríamos en el error de olvidarnos de alguna. Las antiguas VHS utilizaban este tipo de motores para hacer correr la cinta (Capstan) y para hacer girar el tambor porta-cabezas (Drum) encargado de obtener la información almacenada en la cinta. Este último motor será nuestro centro de atención y con él realizaremos la práctica de controlar su velocidad en forma absoluta mediante un lazo enganchado en fase, también conocido como PLL (Phase Locked Loop). ¿Qué podemos hacer con un motor de una vieja VHS? Lee el artículo y te sorprenderás.

Poner en práctica un sistema con realimentación de información para mantener un funcionamiento deseado y corregir posibles errores durante el proceso es algo tan antiguo como la humanidad misma. Si hace frío, nos abrigamos. Si sentimos calor con tanta ropa, nos quitamos algunas prendas hasta encontrar el equilibrio de sentir una temperatura agradable. Me creerás o no, pero esto debe ser uno de los servosistemas más antiguos que la humanidad conoce. Antes de avanzar podemos definir e interpretar lo que significa “servosistema”. Según el AIEE (American Institute of Electrical Engineers), “un sistema de control por realimentación es aquel que tiende a mantener una relación predeterminada entre una variable de sistema y otra, comparando funciones de ambas variables y empleando la diferencia como medio de control”. Entonces, las variables del sistema serían: por un lado, la baja temperatura y, por el otro, nuestra sensación de lo que interpretamos como frío. De este modo, actuando nosotros mismos como medio de control, nos calzamos más prendas de vestir hasta dejar de sentir frío. Si nos pasamos en cantidad y tenemos calor, nos las quitamos. Y si comienza a hacer más frío, nos colocamos más ropa. De esta manera, un ciclo cerrado se mantiene de manera indefinida alcanzando un estado de equilibrio térmico agradable.

PLL para motores Brushless

Para comenzar a ver de manera ordenada el funcionamiento del sistema iniciaremos el ciclo desde el Comparador o Detector de Error. Debemos ingresar a esta sección del lazo con una señal o información equivalente a lo que deseamos lograr como resultado de funcionamiento del sistema. Es decir, debemos introducir los datos que queremos ver “reflejados” como resultado final del trabajo que realiza el sistema. Por ejemplo, podemos ingresar con una tensión variable proveniente de un potenciómetro (o resistor ajustable) y a la salida obtener el comando de un timón o de los alerones de un aeromodelo. La realimentación que ingresa al Comparador o Detector de Error nos informará si el mecanismo siguió las instrucciones emitidas y si tomó la posición indicada cerrando así el lazo de manera estable cuando las señales de información se equiparen entre sí. En todos los casos, esta información (variable o fija) que ingresa como “Referencia” al Comparador o Detector de Error deberá poseer una exactitud importante para así obtener un sistema que sea capaz de funcionar a un régimen pre-establecido y con un alto grado de precisión.

PLL para motores Brushless

Imaginemos tener un sistema en el que una causa exterior (o interior) modifica de un instante a otro el mencionado régimen de trabajo. El sistema de control debe reaccionar y comenzar un trabajo correctivo que le ha sido asignado por el diseño, actuando con rapidez y precisión. Pero para que ello ocurra debe existir un elemento que tenga la capacidad de verificar la existencia de ese error. Ese elemento es lo que en un sistema cerrado se conoce como Detector de Error, al que podemos considerar como el componente “inteligente” del sistema a partir del cual se inicia el proceso de regulación. La acción del detector es comparativa, implicando que debe haber homogeneidad entre las señales sometidas a esa acción. Es decir, las señales a comparar deben ser equivalentes entre sí en magnitud y naturaleza, por ejemplo, dos señales eléctricas, dos informaciones mecánicas, dos oscilaciones, etc. Captar las variaciones experimentadas por la salida del sistema que intentamos controlar implica el uso de un Transductor.

PLL para motores Brushless

Entre los requisitos fundamentales de un buen transductor están los de tener una adecuada sensibilidad para detectar y reaccionar frente al error, una elevada precisión y buena confiabilidad. Por lo general, la señal de error tomada por el transductor no posee la suficiente potencia y forma para excitar directamente al sistema comparador. En la mayoría de los casos, es necesario el uso de conformadores de señal y/o amplificadores para adaptarlas a una magnitud útil, de modo que el comparador o detector de error pueda (y sepa) interpretar. Resumiendo lo dicho hasta aquí podemos decir que tenemos una señal que indica el régimen de trabajo del sistema, un elemento ejecutor de la operación deseada, un transductor que toma información de cómo está resultando el funcionamiento, y un sistema “inteligente” que es capaz de darse cuenta (gracias a lo que el transductor le informa) si debe corregir el régimen de funcionamiento o no, cerrando de esta manera el lazo que forma nuestro Sistema de Control Automático o Servosistema. (Servo, del latín “servus”: esclavo).

PLL para motores Brushless

Hablemos del motor DRUM
Existen infinitas aplicaciones de sistemas realimentados en electrónica. Podemos mencionar muchos ejemplos entre los que se destacan los sistemas de sintonía de los TV, los controles de velocidad de los motores de un DVD Player, de un VHS, los circuitos osciladores que se emplean en una emisora de radio, el control de posición de un brazo mecanizado (robot), un radar, un sonar, el timón de una embarcación, un amplificador de audio de buena calidad, y una lista interminable de aplicaciones donde encontraremos el uso de un sistema retroalimentado o realimentado. Lo que motiva a este artículo es la utilización de un motor que encontraremos disponible en cualquier tienda de Electrónica o entre los trastos viejos en nuestra casa. Nos referimos al motor porta-cabezas de cualquier VHS ya abandonado y reemplazado por el DVD (que también pronto abandonaremos). El nombre con el que se lo conoce a dicho motor es DRUM. Reconócelo en las siguientes fotografías.

PLL para motores Brushless

Estamos hablando de un motor del tipo Brushless (sin escobillas) de tres fases que nos permite desarrollar técnicamente toda la teoría enunciada hasta aquí, pudiendo destinar su uso a aplicaciones que requieran un control exacto de la velocidad. Estos motores poseen un conector que los enlaza al exterior y que variará de un fabricante a otro, de un diseño de motor a otro, por lo que no podemos expresar un orden de conexionado igualitario para todos los motores que consigamos. Es decir, no todos los motores son iguales y no todos los motores tienen el mismo tipo de conector para acceder a su funcionamiento. Además, todos los modelos son distintos, aunque utilicen el mismo circuito integrado para comandar el sistema trifásico interno.

PLL para motores Brushless

Por lo tanto, debemos tomarnos el trabajo de descubrir nosotros mismos las conexiones que sí estarán presentes en cualquier modelo y tipo de motor Brushless Drum.

  • Alimentación = +12 Volts
  • GND
  • Entrada de Control de Velocidad
  • Salida Pulsos PG
  • Salida Pulsos FG

Luego veremos la forma de encontrar y diferenciar estas conexiones. Ahora haremos un breve resumen de lo que trataremos de lograr, es decir, de los objetivos de nuestro trabajo.

  • Hacer funcionar este motor.
  • Obtener como resultado un régimen de RPM seleccionado a voluntad.
  • Lograr una precisión casi absoluta (en un margen de error de pocas partes por millón).

Son tres objetivos ambiciosos pero muy reconfortantes al verlos al final del desarrollo. El sistema propuesto trabajará de la siguiente manera: (según lo muestra el diagrama en bloques que aquí te mostramos)

PLL para motores Brushless

Resumiendo la acción
Nuestro objetivo será lograr un sistema enganchado en fase (PLL) para controlar un tipo de motor Brushless específico, como es el motor Drum de un VHS. El control de velocidad tendrá la exactitud que puede ofrecernos un sistema oscilador con un cristal de cuarzo. Al motor lo haremos girar a una velocidad fija de 2500 RPM, intentando mantener la velocidad tan estable como sea posible. Además, deberá ser capaz de autocorregirse ante agentes externos que intenten alterar esa velocidad. Con esta aplicación podremos ver muchos desarrollos interesantes, todos resumidos en un único propósito: el funcionamiento de un motor Brushless. No te pierdas las futuras entregas. Seguro que ni te imaginas dónde desembocaremos con el movimiento de este motor. Si aún no has comprendido la idea que perseguimos, observa este video y comienza a descubrir las infinitas aplicaciones que puede tener este tipo desarrollo.


Avatar de Mario
Autor: Mario
  • pelete

    Hola, esta buenisima tu propuesta Mario, ya estoy ansioso para ver como sigue este tema.
    Entre todos los electronicos NoeTianos vamos a organizar una vaquita para reponer ese destornillador.

    Saludos.

    • Mario Sacco

      Hola pelete!

      Ese destornillador me acompaña desde hace más de 20 años. Ha sido (es y espero que siga siendo) un compañero de mil batallas. :))
      Para mis cumpleaños siempre digo lo mismo: "no me regalen ropa, ni otra cosa que no sean destornilladores, pinzas, alicates …" Jajaja !!!

      Amo mis herramientas.

      Gracias por dejar tu comentario pelete! El tema se pondrá muy bueno, ya lo verás.
      Saludos!
      Mario

  • falke

    Mario, por un momento pensé que ibas a agarrar un martillo. . . Ja ja ja. Bromas aparte, seguiré el tema con mucho interés.

    Saludos amigo!

    • Mario Sacco

      Jajaja !!! ¿Le puse mucho énfasis a la demostración? Jajaja !

      Gracias por acompañarnos siempre falke!
      Abrazo!
      Mario

  • Nanokun

    Muy bueno!
    Yo estoy estudiando automática de control en la universidad y esto lo vemos muy a menudo, aunque aquí en España tienen la manía de enseñar mucha teoría y poca práctica, así que no me perderé tu siguiente articulo con la electrónica que has usado.
    Una pregunta. Se podría hacer un control de posición con un motor brushless? o se necesitaría un encoder aparte?

    Saludos!

    • Mario Sacco

      Hola Nanokun!

      Gracias por estar en NeoTeo! :)

      Sí, por supuesto que se puede realizar lo que consultas. Si alejarnos demasiado del viejo trasto que estamos usando, dentro del equipo VHS (como explico en el artículo) hay otro motor Brushless que es el que se encarga de desplazar la cinta en su recorrido gracias al eje (capstan) que tiene adosado en forma axial y al rodillo presor (de goma) que toman la cinta y le imprimen una velocidad constante de desplazamiento. ¿Te ubicas cual digo? Visto desde el lado de abajo, tiene un plato giratorio grande donde se acopla una correa de goma para el resto del mecanismo.

      Ese motor, se detiene durante los momentos de pausa y es capaz de moverse "paso a paso" cuando seleccionamos el modo "slow motion" (cámara lenta). Es decir, se puede hacer lo que deseas con ese motor.
      No entra dentro de los objetivos de este desarrollo, es decir, no veremos esa funcionalidad (por ahora) en esta serie de artículos, pero respondiendo a tu pregunta, sí es posible hacer un control de posición y un movimiento paso a paso con un motor brushless.

      Saludos!
      Mario

  • Meta

    Este tema lo di a base de mucha práctica con los vídeos VHS de antes. Es más complicado de lo que demuestra aquí, en sentido de saber de verdad la realidad de los PLL, encima te meten un examen sobre ello teórica y depués la práctica que debes saber de memoria el esquema eléctrico del circuito y que te funione bien. Aún así tengo recuerdos sobre ello, no todos gratos, jhahajajaj. Lo que se aprende de la experiencia es la paciencia.

    Buen artículo, me ha recordado los viejos tiempos en electrónica de TV.

  • juanman

    Interesante, pero tenía entendido que un servosistema era una sistema de control de lazo cerrado donde la variable de control era mecánica (velocidad, posición, o aceleración), pero parece que AIEE lo define como un sistema de control de lazo cerrado (o realimentado) cualquiera.

  • jor_wilson

    Hola Mario: Yo voy prendiendo el lápiz, porque me huelo que vamos a escribir en el aire. Nuevamente, tenemos acción. ¡Saludos!

    • Mario Sacco

      Weeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee !!! :))

      No hay descanso en NeoTeo jor_wilson!

      Saludos!
      Mario

  • cristian

    Hola Mario, muy buen informe espero con ansias la segunda parte. Lo mas curioso es que tengo un destornillador exactamente igual al tuyo, del mismo tamaño, verde y con el sostenedor roto jajaja. La explicación sobre sistemas de lazo cerrado es muy buena y clara mucho mejor de la que dan en escuelas técnicas en Argentina. Saludos

  • Electrodark

    Hola Mario, aprovecho el espacio de este comentario para felicitarte por tus excelentes artículos, yo soy estudiante de electrónica y cada vez que entro a NeoTeo busco alguna nueva aportación tuya, que si bien no las he aplicado todas ahora, estoy seguro de que me serán muy utiles en futuros trabajos escolares y proyectos…
    Creo que ahora mismo iré a quitarle algunas piezas a una vieja VHS que tengo por ahi (esta bien, lo confieso, no es mia, pero ya nadie se acuerda que existe jaja).
    Y a mi tambien me gusta que mis regalos de navidad y cumpleaños sean herramientas, jaja. En mi último cumpleaños mi hermano me regaló un nuevo soldador y un juego de destornilladores pequeños que me han sido muy útiles.
    Sigue así, muchas felicidades…

  • Jesus

    Hola Mario primero quiero agredecerte por tus aportaciones me han motivado a realizar proyectos ademas de obtener valiosa información, ademas justamente hace poco desarme una videocasetera para sacarle unos engranes que necesitaba parar un proyectillo y me dio mucha curiosidad ese motor asi que lo saque y lo tengo ahi en mi cuarto como adorno sin hallar que hacer con el, al ver este articulo mi ansiedad por poner este motor en marcha a vuelto, estare al pendiente en este tema. Gracias
    PD Me dio mucha risa como golpeabas sin piedad al motor.

  • Runa

    ¡Buenísimo Mario! Mucho tiempo esperando esto. El septiembre pasado hice la petición en el foro para que publicases algo al respecto y me alegra muchísimo ver que ya esta en marcha. Voy a valorar cada palabra, pues se encuentra muy poca información en internet al respecto. Espero poder seguir este proyecto utilizando los brushless que extraje de discos rígidos y lectoras estropedas, que por ahora es lo único que puedo darme el lujo de tener (todos me hablan de "ya te voy a dar mi VHS vieja que no uso", pero sigo esperando). Rezo por que el presupuesto no sea demaciado elevado =) Mil gracias!

  • pelete

    Mario, lo del destornillador fue una broma, creo que casi todos los que estamos en este foro tenemos unas cuantas herramientas que nos acompañan desde muuuucho tiempo en nuestros trabajos diarios y en especial en nuestros proyectos.
    lo bueno de esto es que ellas ahora se convierten en estrellas del espectaculo ocupando el rol que les corresponde.

    Saludos.

  • yomero

    Me gusta como para desarrollar un letrero de leds giratorio controlado por Pic, de esos que se ven en los comercios.

  • jukinch

    Juajua!!! !!!!! Tremendo video. A que se te cruzó alguien mientras hacías el video. Ese énfasis fue dirigido!!!!!! Jaja saludos jukinch.

  • Gnr

    Me gustó cómo le pegas al rotor Sacco, por qué es trifásico el motorcito éste ? torque parejo ?
    Se agradece tu experticia y generosidad

  • 777

    Me interesa mucho el tema, gracias Mario Sacco espero con ansiedad el proximo articulo del tema, a proposito para cuando sera??.

  • zitonguito

    Hola Mario excelente articulo, solo me gustaria hacer una sugerencia, ya que al usar la palabra transductor no se si quede muy claro, es decir no se si sea mejor llamarlo "sensor", siento que la idea quedaria mas firme, por que claro un sensor en el estricto sentido de la palabra es un transductor (ya que convierte un determinado tipo de energia a otra), pero siento que se podria confundir un poco la idea , ya que siendo estrictos una bocina (parlante) tambien es un transductor. Por lo demas es un excelente articulo y una felicitacion por tocar temas que involucren el control.saludos

  • Tote

    Diría que si no fuesen trifasicos no tendrían precisión ni podrían detenerse en una posición concreta.
    No?

  • b4mv

    Hola Mario muy buenos videos..!
    yo tengo un motor de vhs el cual necesito saber como conectarlo
    tengo una idea acerca de eso pero necesito tu ayuda.. y es cierto lo que dices en el video es muy dificil encontrar la hoja tecnica
    del circuito inetgrado el de mi motor es un KM3505F y no encuentro nada… espero y me puedas ayudar..

    gracias!!

  • juan jose

    hola amigo tengo tiempo queriendo hacer un prototipo para luego construir algo mas grande pero antes nesecito ese pedacito de serteza que me daria el poder mirar trabajando un motor de este tipo tengo una placa controladore de una vhs con el circuito lb11885 y la verdad todo es muy microscopico ojala me pudiras ayudar con los pines ya baje la informacion pero me es un poco confusa la terminologia ojala pudieras ayudarme con eso gracias de antemano amigo