Control motores asincronos

7/21/2019 Control motores asincronos

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UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS ESPECIALIZACIÓN EN INSTRUMETACIÓNELECTRÓNICA

INFORME DE LABORATORIO IELECTRÓNICA INDUSTRIAL I

Victoria Andrea Leale-mail: [email protected]

Diego Felipe Quesadae-mail: [email protected]

RESUMEN: En este informe de laboratorio se

presentan los montajes realizados para la 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 delejercicio.

PALABRAS CLAVES: Arranque directo,

Arranque estrella-triangulo, Motor.

1. INTRODUCCION

Antes de la invención del primer PLC en losaños 60's, el control de procesos industrialesse venía haciendo de forma cableada pormedio de contactores y relés. Al operario que

se encontraba a cargo se le exigía tener altosconocimientos técnicos. Además cualquiervariación en el proceso, suponía modificarfísicamente gran parte de las conexiones delos montajes, siendo necesario para ello ungran esfuerzo técnico y aumentaba el gastoeconómico.En la actualidad, no se puede entender unproceso complejo de alto nivel desarrollado portécnicas cableadas. El ordenador y losControladores Lógicos Programables han

intervenido de forma considerable para queeste tipo de instalaciones se hayan vistosustituidas por otras controladas de formaprogramada.En este primer acercamiento a la ElectrónicaIndustrial, se lleva a cabo 2 prácticas, usandocontactores, pulsadores, bombillos y un motortrifásico como carga del sistema.

2. OBJETIVOS

Identificar los elementos que conforman elarranque directo y estrella triangulo de unmotor trifásico.

Desarrollar la lógica cableada o lógica de

contactores para realizar un arranque directocon pulsador de START y STOP.

Desarrollar la lógica cableada o lógica decontactores para realizar un arranque Estrella-Triángulo.

3. MARCO TEORICO Y DESARROLLO DELA PRÁCTICA

Usualmente, el ser profesional académico en

Colombia indica o significa conocer a grandesrasgos la teoría de lo que se estudió, de lo cualsi no se practica se olvida con facilidad. Es poresto que en la especialización eninstrumentación electrónica recordamos unoselementos básicos pero no solo en su teoría,sino también, en su práctica y en algunoscasos no solo se recuerdan sino que tambiénse aprenden.

A continuación se hablará de los conceptos

básicos que se deben tener en cuenta para larealización de la práctica de laboratorio, cuyoinforme se presenta en este documento.

CONTACTORES: Un contactor es undispositivo con capacidad de cortar la corrienteeléctrica de un receptor o instalación con laposibilidad de ser accionado a distancia, que




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

Constitución De Un ContactorElectromagnético:

Contactos principales=Son los destinados aabrir y cerrar el circuito de potencia. Estánabiertos en reposo.Contactos auxiliares=Son los encargados deabrir y cerrar el circuito de mando. Estánacoplados mecánicamente a los contactosprincipales y pueden ser abiertos o cerrados.Bobina=Elemento que produce una fuerza deatracción (FA) al ser atravesado por unacorriente eléctrica. Su tensión de alimentaciónpuede ser de 12, 24 y 220V de corrientealterna, siendo la de 220V la más usual.Armadura=Parte móvil del contactor. Desplazalos contactos principales y auxiliares por laacción (FA) de la bobina.Núcleo=Parte fija por la que se cierra el flujomagnético producido por la bobina.Resorte=Es un muelle encargado de devolverlos contactos a su posición de reposo una vezcesa la fuerza FA.

TEMPORIZADORES Un temporizador es unaparato mediante el cual, podemos regular laconexión ó desconexión de un circuito eléctricopasado un tiempo desde que se le dio dichaorden. El temporizador es un tipo de relé

auxiliar, con la diferencia sobre estos, que suscontactos no cambian de posicióninstantáneamente. Los temporizadores sepueden clasificar en:

Térmicos. Neumáticos. De motor síncrono Electrónicos.

Los temporizadores pueden trabajar a laconexión o a la desconexión.

A la conexión: Cuando el temporizador recibetensión y pasa un tiempo hasta que conmutalos contactos.A la desconexión: Cuando el temporizadordeja de recibir tensión al cabo de un tiempoconmuta los contactos.

ELEMENTOS DE MANDO

Son todos aquellos aparatos que actúanaccionados directamente por un operario, paraestablecer el diálogo hombre-máquina. En eldiagrama de un automatismo se encuentran enla etapa de mando.

Ilustración 1: Contactor

Ilustración 2: Temporizador




La apertura y el cierre de sus contactos serealizan por apertura o ruptura lenta, porque lavelocidad de desplazamiento del contactomóvil, de estos aparatos, es igual odirectamente proporcional a la velocidad de

desplazamiento del órgano de mando.PULSADORES

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

MOTORES

El motor eléctrico es una máquina capaz deconvertir la energía eléctrica suministrada enenergía mecánica. En las industrias se puedenencontrar motores eléctricos de diversaspotencias según sea la aplicación para lo cualse requiera el mismo.

Motor síncrono: los motores sincrónicos sonnaturalmente motores de velocidad constante.Operan en sincronismo con la línea defrecuencia y comúnmente se los utiliza donde

se necesita una velocidad constante. El motorsincrónico es un motor eléctrico accionado porcorriente alterna que consta de doscomponentes básicos: un estator y un rotor.Típicamente, un capacitor conectado a unabobina del motor, es necesario para la rotaciónen la dirección apropiada. (No se necesitan

capacitores para los modelos UDS que utilizanuna bobina simple con un diente de engranajeinterno para determinar la dirección). El estatorfijo exterior contiene bobinas de cobre que sesuministran con una corriente alterna para

producir un campo magnético giratorio. El rotormagnetizado está sujeto al eje de salida y creauna fuerza de torsión debido al campo giratoriodel estator. La velocidad de un motorsincrónico se determina por el número depares de polos y es una proporción de lafrecuencia de entrada (línea). Al igual quenuestros motores paso a paso, nuestro motorsíncrono puede ofrecer soluciones demovimiento tanto para aplicaciones

rotacionales como para lineales.1

En la ilustración 4: Motor síncrono, se da unamanera gráficamente explicativa de lamáquina, sin entrar en detalles de suselementos y funcionamiento interno.

Ilustración 4: Motor síncrono. Tomado de

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

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

Ilustración 3: Pulsador

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








disponen en la caja de bornes una colocaciónespecial de estos.

En vista de esto, la caja de bornes vienedistribuida, lo que ayuda mucho para conectaren triángulo pues este se realiza uniendobornes en vertical, mediante conectores ochapas metálicas.

MOTOR ASINCRONO TRIFÁSICO

El motor asíncrono se compone de un rotor yun estator. Ambas partes están formadas porun gran número de láminas ferromagnéticas,que disponen de ranuras, en las cuales sealojan los devanados estatóricos y rotóricos

respectivamente. En ellos tendrá lugar latransformación de la potencia eléctricaabsorbida en energía mecánica cedida.

Al alimentar el bobinado trifásico del estator,con un sistema de tensiones trifásicas, se creaun campo magnético giratorio, el cual induceen las espiras del rotor una F.E.M. y comotodas las espiras forman un circuito cerrado,circulará por ellas una corriente, obligando alrotor 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 nominala través del contactor y dispositivos deprotección como los fusibles y el relé térmico.En este arranque el motor desarrolla en el

arranque su torque máximo, si la carga lorequiere. El inconveniente es que toma unacorriente de arranque máxima de 5 hasta 8veces la corriente nominal.Para cálculos considerar Iarr= 6 In.

Este sistema es recomendable para motoresde baja potencia, normalmente recomendadohasta 5 Kw ( 6.7 HP). Muy utilizado paramotores trifásicos asíncronos con rotor en jaulade ardilla. Solo se requieren conexión a 3

bornes del motor.ARRANQUE POR CONMUTACIÓNESTRELLA-TRIÁNGULO

En el arranque directo de un motor asíncronotrifásico, se consume una corriente elevada depar de arranque al momento de energizar,razón por la cual éste no es recomendable parael arranque de motores de mediana o granpotencia. Es muy común utilizar el sistema de

arranque Estrella-Triángulo, para que lacorriente inicial absorbida en el arranque estésolamente entre 1,3 y 2,6 de la In(CorrienteNominal del motor).

El sistema consiste en energizar el motorconectándolo inicialmente en Estrella, mientrasse pone en movimiento. Una vez haya

Ilustración 5: Motor




alcanzado aproximadamente entre el 70% y80% de su velocidad de régimen, en unospocos segundos, se conecta en Triángulo.

CONSTRUCCIÓN DE ARRANCADORES

ESTRELLA-TRIÁNGULOPara la construcción de un arrancador porconmutación estrella-triángulo es necesariotener en cuenta los siguientes aspectos:

--El arrancador necesita tres contactores y untemporizador al trabajo.

--Los contactores de red y triángulo debenestar dimensionados para soportar el 58% dela corriente nominal del motor y el relé térmicoregulado para esa misma intensidad.

--El contactor estrella debe estar dimensionadopara soportar el 33% de la corriente nominal.

--Se necesitan tres conductores entre la red yel arrancador y seis conductores entre elarrancador y el motor.

--En el momento de la conmutación, existe uncorto periodo en el cual el motor quedadesconectado de las líneas de alimentación.

--El uso de estos arrancadores es muy comúnporque permite cubrir un gran porcentaje de lasaplicaciones del motor en cortocircuito,presentando gran seguridad en la maniobra.

ARRANQUE POR CONMUTACIÓNDIRECTO

Circuito de Mando

F2F = Relé térmico.S0Q y S1Q = pulsador de STOP y STARTrespectivamente.K1M, K2M y K3M = bobinas de los contactoresy contactos auxiliares.K4T = Temporizador con retardo a la conexión.

Ilustración 6: Circuito arranque directo

Imagen 2. Montaje arranque directo.




Imagen 3. Arranque del motor en Estrella.

Funcionamiento:Cuando presionamos S10 que es el botón dearranque se energiza a F1F. Luego, lacorriente pasa por el contacto auxiliar K1m 13-14, y energiza la bobina. Al energizar la bobinaK1M, los contactos se enclavan o desenclavandependiendo de la posición en la que estén. SIel contacto está enclavado y se presiona elbotón de START, no afectaría elfuncionamiento, puesto que el que afecta elfuncionamiento es el botón de parada o laparada de emergencia.En el momento en el que los contactosauxiliares estén enclavados o cerrados, lalámpara H1Q se encenderá y si por elcontrario, el contactor K1M 11-12 se abre, lalámpara H0Q se encenderá.El sistema se detendría si se presiona elpulsador STOP en el circuito de mando.

ARRANQUE POR CONMUTACIÓNESTRELLA – TRIANGULO

Circuito de Mando

F2F = Relé térmico.

S0Q y S1Q = pulsador de STOP y STARTrespectivamente.K1M, K2M y K3M = bobinas de los contactoresy contactos auxiliares.K4T = Temporizador con retardo a la conexión.

Ilustración 7: Arranque estrella-triangulo

Funcionamiento:La Línea energiza inicialmente a F2F y a S0Q.Cuando el pulsador START es presionado, la

corriente pasa por el contacto auxiliar K1m 11-12, por K3m 11-12 y energiza la bobina deltemporizador y el contacto auxiliar K4T; seenergiza la bobina K2M. Al energizar la bobinaK2M, los contactos auxiliares de K2M seenclavan o desenclavan. El K2M 13-14 seenclava; el K2M 23-24 se enclava y energiza asu vez la bobina K1M; K2M 31-32 dedesenclava.K1M 11-12 se desenclava; K1M 23-24 seenclava, logrando obtener un pulso

permanente del sistema; K1M 33-34 seenclava. En ese momento, si se presiona elbotón de START, no afectaría elfuncionamiento, puesto que el que afecta elfuncionamiento es el temporizador.En este momento, en el circuito de potencia,estaría los contactores K1M y K2Menergizados, dando paso al arranque enEstrella.Cuando el temporizador finaliza su conteo, elcontactor auxiliar K4T de desenclava,

ocasionando que la bobina K2M sedesenergice. Esto afecta a su vez los contactosauxiliares de K2M. K2M 13-14 se desenclava;K2M 23-24 se desenclava, pero como K1M 23-24 está enclavado, la bobina K1M continúaenergizada; K2M 31-32 se enclava y junto conK1M 33-34, logran energizar la bobina K3M.




K3M 11-12 se desenclava, garantizando que labobina K2M no se va volver a energizar.En el circuito de potencia, los contactores K1My K3M estarían energizados y K2M estaríaabierto, generando el arranque en Triangulo.

El sistema se detendría si se presiona elpulsador STOP en el circuito de mando.

Imagen 4. Montaje Arranque Υ–∆.

4. CONCLUSIONES

I. En la segunda práctica, el motorrealizó lo esperado, sin embargo,

presentó un problema al momento dehacer el cambio de Estrella a Delta,pues parecía que una fase nofuncionaba. Se miden voltajes entreFases y oscilan entre 209Vac y204Vac, indicando que las fases estánen teoría bien. Se verifica el sentido degiro del motor y no hay inversión degiro en los dos estados. Se realizan

pruebas por un tiempo y el motor seempieza a calentar, logrando saltar un“breaker” de seguridad. El profesornos comenta que el revisará el motor ynos comentará en clase que fue lo

acontecido. Por el momento, la únicaexplicación sería que el cambiosucedió tan rápido que las corrientesgeneradas lograron afectar elmovimiento del motor, haciendo quese calentaran los devanados del motory por consiguiente, que trabajara deesa manera errática el motor.

II. Antes de iniciar las prácticas, severificaron manualmente loscontactores y los contactos auxiliares,para evitar probarlos en caliente ydisminuir tiempos de cableado.

III. El guardamotor contiene reléstérmicos de protección. Se usa unollamado F2F o contacto NC 95-96 alinicio del circuito de mando, paraproteger el sistema y dar un grado deseguridad confiable al operar lospulsadores y el motor.

REFERENCIAS Controles y Automatismos Eléctricos

TEORÍA Y PRACTICA, Luis Flower Leiva http://www.johnsonelectric.com/es/resour

ces-for-engineers/motors/basics-of-motors/synchronous-motor-overview.html

http://jorgeleon.terradeleon.com/automatizacion/Controlelectrico/index.html

http://www.caballano.com/arranque.htm

http://www.johnsonelectric.com/es/resources-for-engineers/motors/basics-of-motors/synchronous-motor-overview.html














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