Informe Arancador Suave

INFORME DE LABORATORIO

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN:

11/12/2017

DEPARTAMENTO: ASIGNATURA: DOCENTE:

ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA: CONTROL ELECTRÓNICO DE POTENCIA ING. FRANKLIN SILVA

LABORATORIO DONDE SE DESARROLLARÁ LA PRÁCTICA

TEMA DE LA PRÁCTICA: INTRODUCCIÓN:

PERíODO LECTIVO: NRC:

ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN OCT 2017 FEB 2018 1757

NIVEL:

7mo

PRÁCTICA N°:

2

LABORATORIO POTENCIA

ARRANCADOR SUAVE

Resumen En el presente trabajo trabajo se centra en el estudio de arrancadores arrancadores suaves que limitan la corriente, corriente, regulando regulando el voltaje de de modo que el motor recibe primero una oleada de baja tensión, que va ascendiendo hasta que el motor empieza a girar, protegiendo a los motores de inducción trifásica, a través de un control de la tensión aplicada al motor, por lo tanto se implementara un diseño para ser empleado en un arrancador suave para controlar la velocidad de un motor. Entonces se tiene el arrancador suave que consiste en un circuito que ayuda a disminuir el pico de corriente que se genera al momento de arrancar motores de grandes potencias, esto se realiza mediante el acoplamiento del circuito de control, con el circuito de potencia, el circuito de potencia se lo llevara a cabo con dos SCR’s en anti paralelo.

Abstract In the present work focuses on the study of soft starters that limit the current, regulating the voltage so that the motor first receives a surge of low voltage, that goes up until the motor begins to rotate, protecting the three-phase induction motors, through a control of the voltage applied to the motor, therefore a design will be implemented implemented to be used in a soft starter to control the speed of the motor. Then has the soft starter consisting of a circuit that helps reduce the peak current generated when starting high power motor, this is accomplished by coupling the control circuit with the power circuit, the circuit of power will be carried out with two SCR's in anti-parallel.

ARRANCADORES Los arrancadores electrónicos son equipos electrónicos tiristorizados que, mediante el control de las tres fases del motor asíncrono, regulan la tensión y la corriente durante su arranque y parada, realizando un control co ntrol efectivo del par (Figura 1). Los sensores de corriente incorporados le envían información al microprocesador, para regular el par ante las diferentes condiciones de carga y proteger al motor de sobrecargas. La protección térmica está integrada en el arrancador. Se recomienda utilizar un arrancador cuando sea necesario: Reducir los picos de corriente y eliminar las caídas de tensión en la línea. Reducir los pares de arranque. Acelerar, desacelerar o frenar suavemente, para la seguridad de las personas u objetos transportados. Arrancar máquinas progresivamente, en especial aquellas de fuerte inercia, Adaptar fácilmente el arrancador a las máquinas especiales. Proteger al motor y a la máquina con un sistema de protección muy completo. Supervisar y controlar el motor en forma remota. El motor acelera sin producir picos de par o de corriente. No pueden controlar la velocidad, ya que no varían la frecuencia, y no producen ahorros energéticos. Suelen instalarse en motores de más de 10 kW [2].    

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Figura 1. Comportamiento de corriente de arranque en los diferentes tipos de arrancadores de motor https://iguren.es/blog/como-funciona-un-arrancador-suave/ ARRANCADOR DIRECTO Como su propio nombre indica, el motor se conecta directamente a la red de su tensión nominal, y con la conexión adecuada para dicha tensión (estrella o triángulo). En el caso de que su potencia supere 1 (CV), debe de ser un motor cuya relación IA/IN no supere los valores establecidos por el REBT en ITC-BT- 47 (IA: corriente de arranque). Normalmente el responsable de la conexión entre el motor y la red es un contactor tripolar de la clase AC3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de mando o control, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba es habitual algún dispositivo de corte para aislar el motor de la red; en este caso es un seccionador. Además de aislar el seccionador incorpora fusibles, para la protección frente a cortocircuitos. El relé térmico es un dispositivo de protección frente a sobrecargas de intensidad, producidas por pares de carga mayores del nominal que originan que el motor funcione a menos velocidad, más deslizamiento y más intensidad. Este dispositivo en el caso de detectar una sobrecarga, desconecta la bobina del contactor y este a su vez, desconecta el motor de la red. Existen también otras alternativas, como el uso de guarda motores, que protegen frente a cortocircuitos y frente a sobrecargas, sustituyendo al seccionador-fusibles y al relé térmico [1]. ARRANCADOR SUAVE Los arrancadores suaves limitan la corriente y el par de arranque permitiendo ejercer un control de la tensión desde 0 hasta la nominal para el arranque y al revés para la parada. Regula el voltaje de modo que el motor recibe primero una oleada de baja tensión, que va ascendiendo hasta que el motor empieza a girar (Figura 2), ahorrando en el desgaste y a menudo colaborando a que los componentes electrónicos duren más tiempo [3].



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Figura 2. Secuencia de ángulo de disparo en un arrancador suave https://www.yoreparo.com/electronica/diseno/preguntas/1394361/apuntes-sobre-diseno-tarjeta-lavadora-automatica Mediante el control progresivo de la tensión de alimentación, se logra la adaptación del motor al comportamiento de la carga de la máquina accionada. El arranque y parada suave cuida de los dispositivos y máquinas acopladas y proporciona un proceso productivo sin incidencias [3].

Figura 3. Comportamiento de la corriente en un arrancador suave http://www.monografias.com/trabajos98/arranque-progresivo-motores-asincronicos-pequena-potencia/arranqueprogresivo-motores-asincronicos-pequena-potencia2.shtml En la Figura 3 se aprecia que al implementar un arrancador suave se observa plenamente el comportamiento de la corriente durante el proceso de arranque. Al arrancar la corriente es muy pequeña en comparación con la corriente que alcanza cuando el motor ha arrancado completamente. Esto debido a que gracias al conversor AC/AC se entrega potencia progresivamente a la carga [3]. Ventajas principales del arrancador suave y el variador de frecuencia Optimiza las secuencias de arranque y parada Aumenta la productividad Ahorra energía Protege el motor (ahorra en el mantenimiento) Aumenta la vida útil del motor [3].     



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Tipos de Arrancadores Suaves PSR.- La gama compacta De entre todas las gamas de arrancadores suaves, la PSR es la más compacta y la que permite

diseñar equipos de arranque compactos. Un sistema dotado de guarda motores y el PSR ofrece una solución de arranque mucho más compacta que, por ejemplo, un arrancador en estrella-triángulo. El bypass integrado reduce la disipación de energía y simplifica la conexión. Además, con sólo tres potenciómetros, la configuración no podría ser más sencilla. Con todo esto, las características de rampa optimizadas aseguran un arranque y un paro muy suaves en todas las aplicaciones. PSS.- La

gama flexible El arrancador suave PSS permite la conexión en línea y dentro del triángulo, lo cual lo convierte en una opción muy flexible. Al igual que en el arrancador PSR, el reducido número de ajustes simplifica la configuración. Si se conecta un transformador de intensidad externo, es posible activar la función de limitación de la intensidad, que permite mantener ésta en un nivel prefijado incluso al arrancar aplicaciones pesadas. El arrancador suave PSS representa la opción ideal cuando se busca una solución robusta de estado sólido en aplicaciones con muchos arranques por hora. PSE.- La gama eficiente El arrancador suave PSE es el primero compacto del mundo que incorpora tanto una protección electrónica del motor contra sobrecargas como el control del par para un control excelente de las bombas. Por su diseño compacto, con las funciones más importantes integradas, constituye una solución de arranque muy eficiente. La pantalla retro iluminada e independiente del idioma y el teclado con cuatro teclas permiten aprovechar fácilmente todas las funciones avanzadas del arrancador suave. En la pantalla también se visualiza toda la información necesaria durante las rampas y el funcionamiento en régimen estacionario. PST(B).- La gama avanzada La gama de arrancadores suaves PST(B) es la más avanzada, dado que incorpora prácticamente todas las funciones imaginables. Con todas las protecciones avanzadas del motor, del arrancador suave y de la carga se asegura un funcionamiento exento de problemas. La función de preaviso, por ejemplo, permite detectar problemas antes de tener que parar el motor. Así se evitan paradas innecesarias. La función de control de par fue desarrollada y puesta a prueba en colaboración con los principales fabricantes de bombas, a fin de asegurar que éstas se pararan de la mejor forma posible, sin golpes de ariete ni ondas de presión. Con la pantalla LCD, el texto íntegro en su idioma, ajustes pre programados para aplicaciones y el registro de eventos, la configuración y el uso del arrancador son de los más sencillos. Gracias a la tecnología ABB Field Bus Plug, puede decidir en todo momento qué protocolo de bus utilizar. El sistema de bus de campo le permitirá configurar, controlar y supervisar el arrancador suave [5]. MOTORES ASÍNCRONICOS Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias [4].

Figura 4. Motor de Inducción http://www.monografias.com/trabajos82/motores-asincronicos/motores-asincronicos.shtml#ixzz50XM6mq2W



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Los motores asíncronos o de inducción (Figura 4), son prácticamente motores trifásicos. Están basados en el accionamiento de una masa metálica por la acción de un campo giratorio. Están formados por dos armaduras con campos giratorios coaxiales: una es fija, y la otra móvil. También se les llama, respectivamente, estator y rotor. El devanado del rotor, que conduce la corriente alterna que se produce por inducción desde el devanado del estator conectado directamente, consiste de conductores de cobre o aluminio vaciados en un rotor de laminaciones de acero. Se instalan anillos terminales de cortocircuito en ambos extremos de la "jaula de ardilla" o bien en uno de los extremos en el caso del rotor devanado. Los motores de inducción de rotor devanado son menos utilizados, debido a su mayor costo, y a que requieren de más mantenimiento que los de jaula de ardilla [4]. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor. Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica. Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento. Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio. Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor [6] .

OBJETIVOS: General: Implementar un arrancador suave para el control de corriente de un motor trifásico. 

Específicos: Investigar acerca de los arrancadores suaves aplicado en motores trifásicos, diferentes tipos de arrancadores y las distintas configuraciones. 



  

Diseñar un control de fase directo a través del uso de SCR´s para controlar el tiempo de arranque de un motor trifásico. Implementar el circuito del control de fase directo para controlar el tiempo de arranque de un motor trifásico. Realizar las pruebas del circuito de control con diferentes tiempos de arranque de un motor trifásico. Analizar los resultados de las pruebas realizadas.

MATERIALES: REACTIVOS: EQUIPOS:

INSUMOS:



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MUESTRA: INSTRUCCIONES:     

Utilice ropa de protección: mandil, guantes, gafas, cabello recogido, zapato cerrado, etc. Verifique la disponibilidad de los equipos a usar en la práctica. Revisar los manuales de los equipos y elementos que se utilice. Des energizar todos los circuitos. Verificar el estado de las conexiones, como el voltaje que se va a utilizar en la práctica.

ACTIVIDADES POR DESARROLLAR:

1. Dimensionamiento

 =  ∗    = =    

Siendo la potencia del motor de 10KW y el factor de potencia de 0.9 se tiene:

=

 10 =  0.9

 = 11.11    =  11.11   = 220  = 50.51  

En la práctica se tiene dos SCR’s en antiparalelo por lo que la corriente por cada uno de ellos sería la siguiente:



 50.51 = = 35.71  √ 2 √ 2 El voltaje de bloqueo reverso de un SCR está dado por:  =  =

 = √ 2 ∗  ∗    3  = √ 2 ∗ 2 2 0 ∗ 2  = 466.69  

Resistencia en la Gate del SCR sería:

  =  ∗  +  +   =

  −  −  



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 =

5−1−0.7 = 6.6  ℎ 500

Para poder efectuar el control de fase directo mediante la variación del ángulo de disparo con un microcontrolador para este caso arduino nano, es necesario saber cuándo la señal de la red realiza un cruce por cero, es decir censar cuando se produce el cambio de polaridad en la señal alterna. En la figura 8 se muestra el diseño del detector de cruce por cero utilizado en la práctica de laboratorio.

Figura 8. Circuito detector de cruce por cero.

En la siguiente figura 9 se puede observar el comportamiento simulado del circuito:

Figura 9. Señal de cruce por cero En la figura 9 se observa que el detector, al efectuarse el cruce por cero de la señal de la red este entrega un pulso de amplitud no mayor a 5 voltios, el cual es perfecto para el acoplamiento a cualquier microcontrolador. El microcontrolador que se utilizara para la práctica es un arduino nano, la señal de pulsos obtenida del detector se la ingresa al pin digital de la tarjeta debido a que este trabaja como ingreso de interrupciones externas de ser necesario el



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caso. Y proporciona una señal de disparo para los SCR a través de los pines digitales, la cual debe ser en forma de tren de pulsos para así asegurar el disparo de los semiconductores de potencia. La parte de potencia se la realizará mediante SCR’s con el control ais lado de la parte de potencia

mediante transformadores de pulso los cuales se implementarán como en el circuito que se presenta en la figura 10 a continuación. En la figura 10 se muestra la etapa de control mediante el microcontrolador:

Figura 10. Etapa de control mediante el microcontrolador (arduino nano) Implementación de la etapa de desacoplamiento. En la figura 11 se muestra el circuito implementado para proteger el circuito de control en caso de una posible falla en la parte de potencia que puede ocasionar daños, es decir el desacoplamiento eléctrico de las dos etapas ya antes mencionadas.

Figura 11. Etapa de desacoplamiento eléctrico de la etapa de potencia y control.



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Implementación de la etapa de potencia La etapa de potencia mostrada en la figura 12, es la que hace que se ponga en contacto la carga con el voltaje entregado por la red mediante la utilización de dos semiconductores SCR’S conectados en anti -paralelo.

Figura 12. Etapa de potencia La implementación del arrancador suave se hizo mediante el micro controlador en este caso el arduino uno, en el cual se permite ingresar el tiempo requerido para el arranque.

RESULTADOS OBTENIDOS: CONCLUSIONES: RECOMENDACIONES:

BIBLIOGRAFÍA:

[1] Ramírez, J., Arranque Directo de un motor, 2014, https://es.scribd.com/doc/228668733/ARRANQUE-DIRECTO-DEUN-MOTOR-TRIFASICO-pdf, [Accesado 5-12-2017]. [2] Carlos Fernández, Arrancadores Electrónicos, https://www.scribd.com/document/230017741/Arrancadoreselectronicos, 2014. [Accesado 5-12-2017]. [3] Iguren, Como funciona una arrancador suave?, https://iguren.es/blog/como-funciona-un-arrancador-suave/, 2015. [Accesado 4-12-2017]. [4] Pablo Llivicura, Motor Asincrónico, http://www.monografias.com/trabajos82/motores-asincronicos/motoresasincronicos.shtml, 2013. [Accesado 5-12-2017]. [5] ABB, Arrancadores Suaves,https ://library.e.abb.com/public/196b2fc76abb0301c125793c00333ace/Arrrancadores%2 0suaves_Catalogo%20PSR-PSS-PSE-PST-PSTB_1TXA132033C0701-000911.pd , 2013. [Accesado 10-12-2017].



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[6] Prada, M., Motores eléctricos trifásicos, http://www.monografias.com/trabajos91/motor-electricotrifasico/motor-electrico-trifasico.shtml, 2014, [Accesado 10-12-2017].

FIRMAS

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Nombre: DOCENTE

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Nombre: COORDINADOR DE ÁREA DE CONOCIMIENTO

F: ……………………………………………………

Nombre: COORDINADOR/JEFE DE LABORATORIO

Informe Arancador Suave

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