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PRÁCTICA 8
ARRANQUE DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN CON UN CONVERTIDOR
DE ESTADO SÓLIDO ACTIVADO POR UN AUTÓMATA
1. Objetivo:
Utilizar dispositivos de estado sólido en el arranque de motores de inducción trifásicos con rotor de jaula de ardilla para ahorrar energía, prolongando la vida útil del motor y hacerlo totalmente automático utilizando un PLC.
2. Introducción:
En la actualidad los motores más utilizados en la industria son los motores de inducción trifásicos rotor jaula de ardilla, se debe a los componentes del motor que en comparación del motor de corriente directa son pocos, el mantenimiento es mínimo, además de que la fuente de suministro en la mayoría de las industrias es trifásica, es por estas razones y algunas otras más por las cuales de utilizan motores de inducción trifásicos.
Estos motores presentan algunos problemas sobre todo al momento de arrancar con sistemas tradicionales, a continuación se enumeran algunos de ellos:
1. Alto consumo de corriente de la línea trifásica al momento de vencer el momento de inercia.
2. Provoca picos de corriente considerablemente altos que pueden operar las protecciones.
3. Al arrancar varios motores al mismo tiempo se puede llegar a rebasar la demanda contratada.
4. Calentamiento el los devanados del motor, lo cual provoca debilitamiento del aislamiento.
5. Se reduce la vida útil del motor, en sus partes mecánicas como en los rodamientos.
6. Los sistemas de arranque son muy voluminosos y difíciles de trasladar de un lado a otro para usarse en varios motores simultáneamente.
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la figura 1:
• Conexión en estrella:
Motor jaula de ardilla trifasico.
• Conexión en delta:
Figura 1. Conexión estrella y delta de convertidores de estado sólido
2.1 Circuito de Control
Para que el convertidor funcione correctamente es necesario controlar los seis tiristores, para lograr lo anterior se necesitan:
1. Seis pulsos para hacer conducir los seis tiristores.
2. Los pulsos deben estar desfasados 60 grados uno con respecto del otro con una duración máxima de 180 grados.
3. Deben ser variables en ancho de pulso de 180 a 0 grados, para obtener un voltaje en la carga desde 0 volts hasta el voltaje nominal.
Los arrancadores más modernos utilizan el circuito de control basado en un microcontrolador.
El circuito de control para los seis tiristores puede ser de dos formas analógico o digital con ayuda de un microcontrolador.
R
S
T
T1
T4
T3
T6
T5
T2
R
S
T
RL
T3
T6 T5
T2 T1
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Figura 2. Diagrama de bloques del circuito de control
Los es decir, los datos que el usuario maneja, así como registros especiales para el control de las diferent
Los micro controladores se programan en ensamblador y cada microcontrolador varía su conjunto de instrucciones de acuerdo a su fabricante y número de instrucciones que el microcontrolador maneja se le denomina de
Los micro controladores poseen principalmente una ALU (Unidad Lógico Aritmética), memoria del programa, memoria de registros, y pines I/O (entrada y/0 salida). La ALU es la encargada de procesar los datos dependiendo de las instrucciones que se ejecuten (ADD, OR, AND), mientras que los pines son los que se encargan de comunicar al microcontrolador con el medio externo; l de transmisión de datos, pines de control especifico.
En esta práctica se utiliza el PIC 16F877A. Este microcontrolador es fabricado por Micro Chip características que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que posteriormente será detallada.
Algunas de estas características se muestran a continuación:
• Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
• Amplia memoria para datos y programa.
• Memoria reprogramable:
este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F" en el modelo).
CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Página 4 Figura 3. Pulsos de control y su defasamiento de 60° entre ellos
2.2 Control de fase.
Figura 4. Formas de onda trifásicas a un ángulo de disparo de 180°
CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Página 5 2.3 PLC (Controlador Lógico Programable)
Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales.
Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través del accionado res de la instalación.
Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, entre otras; en fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras de instalación, señalización y control.
Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionadores y accionadores. Además cumplen la importante función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa.
Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lógicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con técnicos calificados y adiestrados específicamente para ocuparse de su buen funcionamiento.
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Cantidad Descripción
1 Motor de inducción de jaula de ardilla trifásico de 220 V y 7.5 HP. 1 Arrancador trifásico de estado sólido
• Circuito de potencia
• Circuito de control 2 Contactor trifásico
1 PLC
1 Estación de botones
Varios Cables de conexión punta-punta Varios Cables de conexión punta-caimán Varios Cables de conexión punta-zapata
1 Cinta de aislar
1 Alimentación trifásica de 220V- 4H con 2 líneas protegidas 1 Amperímetro de gancho
2 Multímetro
4. Metodología:
1. Asegurar que el circuito de control y de potencia del arrancador se encuentre en condiciones óptimas de funcionamiento.
2. Asegurar que los fusibles de la toma de corriente trifásica y los cables de conexión estén en buen estado.
3. Conectar el circuito de control, para observar con el osciloscopio los seis pulsos. 4. Conectar el circuito de la figura 7.
5. Conectar la estación de botones al PLC.
6. Programar el PLC para arrancar y parar el motor
7. La salida del PLC se conecta a la bobina de un contactor trifásico, el cual energizará el controlador de estado sólido.
8. Conectar un voltímetro en el voltaje aplicado al motor.
9. Coloque un amperímetro de gancho en una de las líneas del motor.
10. Conectar la bobina del Contactor trifásico a la salida del circuito de control y a la carga a través del circuito de potencia.
11. Verificar con otro miembro del equipo, que el circuito esté bien conectado.
12. Energizar el circuito y tomar lecturas de corriente y voltaje, cuando el motor rompe el momento de inercia del rotor y arranca.
13. Una vez que el motor alcance su velocidad nominal, el motor será transferido al contactor electromagnético, quedando fuera de servicio el arrancador.
14. Repita de nuevo su arranque desconectando la fuente de suministro trifásica y obtengan sus conclusiones y observaciones.
CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Página 7 Figura 7. Circuito de control y potencia de un arrancador trifásico de estado sólido
5. Sugerencias didácticas:
1. Investigar las ventajas que tienen los PLC´s en aplicaciones para controlar el arranque de motores de inducción.
6. Reporte de Resultados:
Mostrar los resultados con fotografías y video (sugerido).
