Control motores asincronos

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

ESPECIALIZACIÓN EN INSTRUMETACIÓN ELECTRÓNICA

INFORME DE LABORATORIO I ELECTRÓNICA INDUSTRIAL I Victoria Andrea Leal

e-mail: [email protected]

Diego Felipe Quesada e-mail: [email protected]

RESUMEN:

En este informe de laboratorio se presentan los montajes realizados realizados para la conexión conexión de un motor. Se realiza un breve reconocimiento del marco teórico de la práctica en el cual se recuerdan algunos conceptos importantes, luego se presentan las conexiones realizadas, sus montajes y la parte explicativa del mismo. Se finaliza con las conclusiones y aprendizaje del ejercicio.

2. OBJETIVOS

PALABRAS

directo,

Desarrollar la lógica cableada o lógica de contactores para realizar un arranque EstrellaTriángulo.

Antes de la invención del primer PLC en los años 60's, el control de procesos industriales se venía haciendo de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo se le exigía tener altos conocimientos técnicos. Además cualquier variación en el proceso, suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y aumentaba el gasto económico. En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los Controladores Lógicos Programables han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada. En este primer acercamiento a la Electrónica Industrial, se lleva a cabo 2 prácticas, usando contactores, pulsadores, bombillos y un motor trifásico como carga del sistema.

3. MARCO TEORICO Y DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

CLAVES:

Arranque Arranque estrella-triangulo, Motor. Motor.

1. INTRODUCCION

Identificar los elementos que conforman el arranque directo y estrella triangulo de un motor trifásico. Desarrollar la lógica cableada o lógica de contactores para realizar un arranque directo con pulsador de START y STOP.

Usualmente, el ser profesional académico en Colombia indica o significa conocer a grandes rasgos la teoría de lo que se estudió, de lo cual si no se practica se olvida con facilidad. Es por esto que en la especialización en instrumentación electrónica recordamos unos elementos básicos pero no solo en su teoría, sino también, en su práctica y en algunos casos no solo se recuerdan sino que también se aprenden. A continuación se hablará de los conceptos básicos que se deben tener en cuenta para la realización de la práctica de laboratorio, cuyo informe se presenta en este documento.

CONTACTORES: Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación con la posibilidad de ser accionado a distancia, que


tiene dos posiciones de funcionamiento: de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otro activo, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada".


TEMPORIZADORES Un temporizador es un aparato mediante el cual, podemos regular la conexión ó desconexión de un circuito eléctrico pasado un tiempo desde que se le dio dicha orden. El temporizador es un tipo de relé auxiliar, con la diferencia sobre estos, que sus contactos no cambian de posición instantáneamente. Los temporizadores se pueden clasificar en:    

Térmicos. Neumáticos. De motor síncrono Electrónicos.

Ilustración 1: Contactor

Constitución De Electromagnético:

Un

Contactor

Contactos principales=Son los destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia. Están abiertos en reposo. Contactos auxiliares=Son los encargados de abrir y cerrar el circuito de mando. Están acoplados mecánicamente a los contactos principales y pueden ser abiertos o cerrados. Bobina=Elemento que produce una fuerza de atracción (FA) al ser atravesado por una corriente eléctrica. Su tensión de alimentación puede ser de 12, 24 y 220V de corriente alterna, siendo la de 220V la más usual. Armadura=Parte móvil del contactor. Desplaza los contactos principales y auxiliares por la acción (FA) de la bobina. Núcleo=Parte fija por la que se cierra el flujo magnético producido por la bobina. Resorte=Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posición de reposo una vez cesa la fuerza FA.

Ilustración 2: Temporizador

Los temporizadores pueden trabajar a la conexión o a la desconexión.

A la conexión: Cuando el temporizador recibe tensión y pasa un tiempo hasta que conmuta los contactos. A la desconexión: Cuando el temporizador deja de recibir tensión al cabo de un tiempo conmuta los contactos. ELEMENTOS DE MANDO Son todos aquellos aparatos que actúan accionados directamente por un operario, para establecer el diálogo hombre-máquina. En el diagrama de un automatismo se encuentran en la etapa de mando.


La apertura y el cierre de sus contactos se realizan por apertura o ruptura lenta, l enta, porque la velocidad de desplazamiento del contacto móvil, de estos aparatos, es igual o directamente proporcional a la velocidad de desplazamiento del órgano de mando.

PULSADORES Aparatos de maniobra cuyo contacto, o contactos, cambian de posición solamente mientras una fuerza externa actúa sobre ellos, volviendo a su posición original, o de reposo, tan pronto cese ésta.

Ilustración 3: Pulsador


capacitores para los modelos UDS que utilizan una bobina simple con un diente de engranaje interno para determinar la dirección). El estator fijo exterior contiene bobinas de cobre que se suministran con una corriente alterna para producir un campo magnético giratorio. El rotor magnetizado está sujeto al eje de salida y crea una fuerza de torsión debido al campo giratorio del estator. La velocidad de un motor sincrónico se determina por el número de pares de polos y es una proporción de la frecuencia de entrada (línea). Al igual que nuestros motores paso a paso, nuestro motor síncrono puede ofrecer soluciones de movimiento tanto para aplicaciones rotacionales como para lineales. 1 En la ilustración 4: Motor síncrono, se da una manera gráficamente explicativa de la máquina, sin entrar en detalles de sus elementos y funcionamiento funcionamiento interno.

MOTORES El motor eléctrico es una máquina capaz de convertir la energía eléctrica suministrada en energía mecánica. En las industrias se pueden encontrar motores eléctricos de diversas potencias según sea la aplicación para lo cual se requiera el mismo. Motor síncrono: los motores sincrónicos son naturalmente motores de velocidad constante. Operan en sincronismo con la línea de frecuencia y comúnmente se los utiliza donde se necesita una velocidad constante. El motor sincrónico es un motor eléctrico accionado ac cionado por corriente alterna que consta de dos componentes básicos: un estator y un rotor. Típicamente, un capacitor conectado a una bobina del motor, es necesario para la rotación en la dirección apropiada. (No se necesitan

Ilustración 4: Motor síncrono. Tomado de

http://www.tuveras.com/motorsincrono/motor sincrono.htm

Los motores trifásicos presentan tres devanados (tres impedancias) y seis bornes. Los fabricantes, para facilitar las conexiones,



disponen en la caja de bornes una colocación especial de estos. En vista de esto, la caja de bornes viene distribuida, lo que ayuda mucho para conectar en triángulo pues este se realiza uniendo bornes en vertical, mediante conectores o chapas metálicas.

MOTOR ASINCRONO TRIFÁSICO El motor asíncrono se compone de un rotor y un estator. Ambas partes están formadas por un gran número de láminas ferromagnéticas, que disponen de ranuras, en las cuales se alojan los devanados estatóricos y rotóricos respectivamente. En ellos tendrá lugar la transformación de la potencia eléctrica absorbida en energía mecánica cedida. Al alimentar el bobinado trifásico del estator, con un sistema de tensiones trifásicas, se crea un campo magnético giratorio, el cual induce en las espiras del rotor una F.E.M. y como todas las espiras forman un circuito cerrado, circulará por ellas una corriente, obligando al rotor a girar en el mismo sentido que el campo giratorio del estator.

Imagen 1. Información del motor trabajado.

ARRANQUE POR CONMUTACIÓN DIRECTA En arranque directo se aplica tensión nominal a través del contactor y dispositivos de protección como los fusibles y el relé térmico. En este arranque el motor desarrolla en el arranque su torque máximo, si la carga lo requiere. El inconveniente inconveniente es que toma toma una corriente de arranque máxima de 5 hasta 8 veces la corriente nominal. Para cálculos considerar Iarr= 6 In. Este sistema es recomendable para motores de baja potencia, normalmente recomendado hasta 5 Kw ( 6.7 HP). Muy utilizado para motores trifásicos asíncronos con rotor en jaula de ardilla. ardilla. Solo se requieren conexión a 3 bornes del motor.

ARRANQUE POR ESTRELLA-TRIÁNGULO

CONMUTACIÓN

En el arranque directo de un motor asíncrono trifásico, se consume una corriente elevada de par de arranque al momento de energizar, razón por la cual éste no es recomendable para el arranque de motores de mediana o gran potencia. Es muy común utilizar el sistema de arranque Estrella-Triángulo, para que la corriente inicial absorbida en el arranque esté solamente entre 1,3 y 2,6 de la In(Corriente Nominal del motor). Ilustración 5: Motor

El sistema consiste en energizar el motor conectándolo inicialmente en Estrella, mientras se pone en movimiento. Una vez haya


alcanzado aproximadamente entre el 70% y 80% de su velocidad de régimen, en unos pocos segundos, se conecta en Triángulo.

CONSTRUCCIÓN DE ARRANCADORES ESTRELLA-TRIÁNGULO Para la construcción de un arrancador por conmutación estrella-triángulo es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos:


ARRANQUE DIRECTO

POR

CONMUTACIÓN

Circuito de Mando F2F = Relé térmico. S0Q y S1Q = pulsador de STOP y START respectivamente. K1M, K2M y K3M = bobinas de los contactores y contactos auxiliares. K4T = Temporizador con retardo a la conexión.

--El arrancador necesita tres contactores y un temporizador al trabajo. --Los contactores de red y triángulo deben estar dimensionados para soportar el 58% de la corriente nominal del motor y el relé térmico regulado para esa misma intensidad. --El contactor estrella debe estar dimensionado dimensionado para soportar el 33% de la corriente nominal. --Se necesitan tres conductores entre la red y el arrancador y seis conductores entre el arrancador y el motor. --En el momento de la conmutación, existe un corto periodo en el cual el motor queda desconectado de las líneas de alimentación.

Ilustración 6: Circuito arranque directo

--El uso de estos arrancadores es muy común porque permite cubrir un gran porcentaje de las aplicaciones del motor en cortocircuito, presentando gran seguridad en la maniobra.

Imagen 2. Montaje arranque directo.



Imagen 3. Arranque del motor en Estrella.

Ilustración 7: Arranque estrella-triangulo

Funcionamiento: Cuando presionamos S10 que es el botón de arranque se energiza a F1F. Luego, la corriente pasa por el contacto auxiliar K1m 1314, y energiza la bobina. bobina. Al energizar la bobina bobina K1M, los contactos se enclavan o desenclavan dependiendo dependiendo de la posición en la que estén. SI el contacto está enclavado y se presiona el botón de START, no afectaría el funcionamiento, puesto que el que afecta el funcionamiento es el botón de parada o la parada de emergencia. En el momento en el que los contactos auxiliares estén enclavados o cerrados, la lámpara H1Q se encenderá y si por el contrario, el contactor K1M 11-12 se abre, la lámpara H0Q se encenderá. El sistema se detendría si se presiona el pulsador STOP en el circuito de mando.

Funcionamiento: La Línea energiza inicialmente a F2F y a S0Q. Cuando el pulsador START es presionado, la corriente pasa por el contacto auxiliar K1m 1112, por K3m 11-12 y energiza la bobina del temporizador y el contacto auxiliar K4T; se energiza la bobina K2M. Al energizar la bobina K2M, los contactos auxiliares de K2M se enclavan o desenclavan. El K2M 13-14 se enclava; el K2M 23-24 se enclava y energiza a su vez la bobina K1M; K2M 31-32 de desenclava. K1M 11-12 se desenclava; K1M 23-24 se enclava, logrando obtener un pulso permanente del sistema; K1M 33-34 se enclava. En ese momento, si se presiona el botón de START, no afectaría el funcionamiento, puesto que el que afecta el funcionamiento es el temporizador. En este momento, en el circuito de potencia, estaría los contactores K1M y K2M energizados, dando paso al arranque en Estrella. Cuando el temporizador finaliza su conteo, el contactor auxiliar K4T de desenclava, ocasionando que la bobina K2M se desenergice. Esto afecta a su vez los l os contactos auxiliares de K2M. K2M 13-14 se desenclava; K2M 23-24 se desenclava, pero como K1M 2324 está enclavado, la bobina K1M continúa energizada; K2M 31-32 se enclava y junto con K1M 33-34, logran energizar la bobina K3M.

ARRANQUE POR CONMUTACIÓN ESTRELLA – TRIANGULO Circuito de Mando F2F = Relé térmico. S0Q y S1Q = pulsador de STOP y START respectivamente. K1M, K2M y K3M = bobinas de los contactores y contactos auxiliares. K4T = Temporizador con retardo a la conexión.



K3M 11-12 se desenclava, garantizando que la bobina K2M no se va volver a energizar. En el circuito de potencia, los contactores K1M y K3M estarían energizados y K2M estaría abierto, generando el arranque en Triangulo. El sistema se detendría si se presiona el pulsador STOP en el circuito de mando.

pruebas por un tiempo y el motor se empieza a calentar, logrando saltar un “breaker” de seguridad. El profesor

nos comenta que el revisará el motor y nos comentará en clase que fue lo acontecido. Por el momento, la única explicación sería que el cambio sucedió tan rápido que las corrientes generadas lograron afectar el movimiento del motor, haciendo que se calentaran los devanados del motor y por consiguiente, que trabajara de esa manera errática el motor. II.

Antes de iniciar las prácticas, se verificaron manualmente los contactores y los contactos auxiliares, para evitar probarlos en caliente y disminuir tiempos de cableado.

III.

El guardamotor contiene relés térmicos de protección. Se usa uno llamado F2F o contacto NC 95-96 al inicio del circuito de mando, para proteger el sistema y dar un grado de seguridad confiable al operar los pulsadores y el motor.

Imagen 4. Montaje Arranque Υ–∆.

4. CONCLUSIONES I.

En la segunda práctica, el motor realizó lo esperado, sin embargo, presentó un problema al momento de hacer el cambio de Estrella a Delta, pues parecía que una fase no funcionaba. Se miden voltajes entre Fases y oscilan entre 209Vac y 204Vac, indicando que las fases están en teoría bien. Se verifica el sentido de giro del motor y no hay inversión de giro en los dos estados. Se realizan

REFERENCIAS 

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Controles y Automatismos Eléctricos TEORÍA Y PRACTICA, Luis Flower Leiva http://www.johnsonelectric.com/es/resour ces-for-engineers/motors/basics-ofmotors/synchronous-motor-overview.html http://jorgeleon.terradeleon.com/automati zacion/Controlelectrico/index.html http://www.caballano.com/arranque.htm

Control motores asincronos

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