ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA
INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION
PROYECTO; 6 SEMESTRENOMBRE DEL PROYECTO:CONTROL DE MOTORES
TRIFASICOS.ASIGNATURA:MAQUINAS ELECTRICAS II
I N T E G R A N T E S D E L E Q U I P O:AYALA SOLARES CARLOSBAOS
MENDEZ LEENIMGUTIERREZ ENCIZO ALAN
GRUPO:6AM2PROFESORA:CARMONA RIVEROS MARIA ALEJANDRA
FECHA DE ENTREGA: (09/JULIO/2015)
INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniera
Mecnica y Elctrica Ingeniera en Control y AutomatizacinPROYECTO;
CONTROL DE MOTORES SINCRONOSOBJETIVO GENERAL Mostrar las
posibilidades y los principios bsicos que tienen los motores
trifsicos a traves de una simulacin realizada en CADe_SIMU.
Basndonos en las caractersticas y principios de funcionamiento
bsicos de dichos motores, aunado a esto lograr un diseo de una
implementacin industrial la cual se base a los conocimientos
previos al tema adquiridos durante el curso donde se cumpla con
ciertas caractersticas ya establecidas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
A. Realizar el control de 3 motores trifsicos de induccin, es
decir jaula de ardilla de 10 Hp, 15 Hp y 50 Hp. A 200 V.B.
Controlar el motor de 50 hp de tal manera que arranque a tensin
reducida y tenga la caracterstica de inversin de giro.C. Disear un
circuito donde se puedan controlar los motores tanto de 15 hp como
el de 10 hp de tal manera que ambos tengan la caracterstica de
arrancar a tensin plena.D. Disear una implementacin en la cual los
3 motores trifsicos de induccin tengan un arranque secuencial.
P R O B L E M A: Realizar el control de 3 motores trifsicos de
induccin de 10 Hp, 15 Hp y 50 Hp a 220 V. Donde se cumplan las
caractersticas mencionadas con anterioridad en los objetivos
especficos.ANLISIS DEL PROBLEMA Realizando un anlisis detenidamente
a las caractersticas de funcionamiento con las que deba de cumplir
tanto el circuito como los motores trifsicos, se dedujo que se deba
seguir una cierta secuencia de conexin, la cual deba tener
considerado un diagrama de relacin control-fuerza. Obteniendo as,
el equipo y los elementos requeridos para que la simulacin
funcionara de manera adecuada. ELEMENTOS UTILIZADOS PARA EL
CIRCUITO:
MARCO TEORICO.Teora bsica para la aplicacin de todas las
caractersticas de un motor asncrono trifsicoMOTORES ASNCRONOS
TRIFSICOS Los motores asncronos trifsicos de jaula se encuentran
entre los ms utilizados para el accionamiento de mquinas. El uso de
estos motores se impone en la mayora de las aplicaciones debido a
las ventajas que conllevan: robustez, sencillez de mantenimiento,
facilidad de instalacin, bajo coste.
Es indispensable recordar los principios de funcionamiento y de
fabricacin de estos motores, as como describir y comparar los
principales dispositivos de arranque, regulacin de velocidad y
frenado que se utilizan con ellos.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento de un motor asncrono se basa en
la creacin de corriente inducida en un conductor cuando ste corta
las lneas de fuerza de un campo magntico, de donde proviene el
nombre motor de induccin. Imagine una espira ABCD en cortocircuito
situada en un campo magntico B y mvil alrededor de un eje xy.
Si se hace girar el campo magntico en el sentido de las agujas
del reloj, la espira queda sometida a un flujo variable y se
convierte en el soporte de una fuerza electromotriz inducida que
origina una corriente inducida I (ley de Faraday).
Es posible definir el sentido de la corriente de los conductores
activos AB y CD mediante la aplicacin de la regla de los tres dedos
de la mano izquierda. La corriente inducida circula de A a B en el
conductor AB y de C a D en el conductor CD.
Segn la ley de Lenz, el sentido de la corriente es tal que se
opone por su accin electromagntica a su causa de origen.
Cada uno de los dos conductores se somete por tanto a una fuerza
F, en sentido opuesto a su desplazamiento relativo con respecto al
campo inductor.
La regla de los tres dedos de la mano derecha (accin del campo
sobre una corriente) permite definir fcilmente el sentido de la
fuerza F que se aplica a cada conductor. El pulgar se sita en el
sentido del campo del inductor. El ndice indica el sentido de la
fuerza. El dedo del corazn se sita en el sentido de la corriente
inducida. Por tanto, la espira se somete a un par que provoca su
rotacin en el mismo sentido que el campo inductor, denominado campo
giratorio.
CREACIN DEL CAMPO GIRATORIO
Tres devanados, con un decalado geomtrico de 120, se alimentan
de sendas fases de una red trifsica alterna. Los devanados reciben
corrientes alternas de idntico decalado elctrico que producen un
campo magntico alterno sinusoidal. Dicho campo, siempre dirigido en
base al mismo eje, alcanza el mximo cuando la corriente del
devanado es mxima.
El campo que genera cada devanado es el resultado de dos campos
que giran en sentido inverso y cuyo valor constante equivale a la
mitad del valor del campo mximo.
IMAGEN 1Creacin de una corriente inducida en una espira en
cortocircuito
En un momento dado t1 del perodo, los campos que produce cada
devanado pueden representarse de la siguiente manera:
A. El campo H1 disminuye. Los 2 campos que lo componen tienden a
alejarse del eje OH1,B. El campo H2 aumenta. Los 2 campos que lo
componen tienden a aproximarse al eje OH2,C. El campo H3 aumenta.
Los dos campos que lo componen tienden a aproximarse al eje
OH3.
El flujo correspondiente a la fase 3 es negativo. Por tanto, el
sentido del campo es opuesto al de la bobina.
La superposicin de los tres diagramas permite constatar lo
siguiente:
A. Los tres campos que giran en el sentido inverso al de las
agujas del reloj estn decalados de 120 y se anulan,B. Los tres
campos que giran en el sentido de las agujas del reloj se
superponen. Estos campos se suman y forman el campo giratorio de
amplitud constante 3Hmax/2 de 2 polos.
Este campo completa una vuelta por cada perodo de corriente de
alimentacin. Su velocidad es una funcin de la frecuencia de la red
(f) y del nmero de pares de polos (p).Se denomina velocidad de
sincronizacin y se obtiene mediante la frmula:
Ns = 60 f/pNOTA: EN VUELTAS POR MINUTO.
DESLIZAMIENTO
El par motor slo puede existir cuando una corriente inducida
circula por la espira. Para ello es necesario que exista un
movimiento relativo entre los conductores activos y el campo
giratorio. Por tanto, la espira debe girar a una velocidad inferior
a la de sincronizacin, lo que explica que un motor elctrico basado
en el principio anteriormente descrito se denomine motor asncrono.
La diferencia entre la velocidad de sincronizacin y la de la espira
se denomina deslizamiento y se expresa en %.
NOTA: EL DESLIZAMIENTO EN REGIMEN ESTABLE VARIA EN FUNCION DE LA
CARGA DEL MOTOR. SU FUERZA DISMINUYE O AUMENTA CUANDO EL MOTOR ESTA
SUBCARGADO O SOBRECARGADO
IMAGEN 2Regla de los tres dedosIMGENES CARACTERISTICAS DE LOS
MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS
IMAGEN 3Red trifsica alterna
IMAGEN 4Principio de un motor asncrono trifsico
IMAGEN 5Campos generados por las tres fasesCOMPOSICIN
Un motor asncrono trifsico consta de dos partes principales:A.
Un inductor, o estator,B. Un inducido, o rotor.
EL ESTATOR
Es la parte fija del motor. Una carcasa de metal fundido o de
aleacin ligera encierra una corona de chapas delgadas (del orden de
0,5 mm de espesor) de acero al silicio. Las chapas quedan aisladas
entre s por oxidacin o por barniz aislante.
La foliacin del circuito magntico reduce las prdidas por
histresis y por corrientes de Foucault.
Las chapas disponen de ranuras en las que se sitan los devanados
estatricos que producen el campo giratorio (tres devanados en el
caso de un motor trifsico). Cada devanado se compone de varias
bobinas. El modo de acoplamiento de las bobinas entre s determina
el nmero de pares de polos del motor y, por tanto, la velocidad de
rotacin.
EL ROTOR
Es la parte mvil del motor. Al igual que el circuito magntico
del estator, se compone de un apilamiento de chapas delgadas
aisladas entre s que forman un cilindro enchavetado sobre el eje
del motor.
ARRANQUE DE LOS MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS
Durante la puesta en tensin de un motor, la corriente solicitada
es considerable y puede provocar una cada de tensin que afecte al
funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de
insuficiencia de la seccin de la lnea de alimentacin. En ocasiones,
la cada puede llegar a ser perceptible en los aparatos de
alumbrado.
Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos
sectoriales prohben el uso de motores de arranque directo que
superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relacin
entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia
de los motores. Los motores de jaula son los nicos que pueden
acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple.
Tan slo las extremidades de los devanados del estator sobresalen
de la placa de bornes. Dado que el fabricante determina de manera
definitiva las caractersticas del rotor, los distintos procesos de
arranque consisten principalmente en hacer variar la tensin en los
bornes del estator. En este tipo de motores, cuya frecuencia es
constante, la reduccin de la punta de corriente conlleva de manera
automtica una fuerte reduccin del par.
LA CONEXIN ESTRELLA La conexin estrella o Y lleva tres fuentes
de voltaje a un punto comn. En algunos casos, se conecta un cuarto
cable de neutro al mismo punto para aliviar problemas si una de las
fuentes de voltaje falla y queda desconectada.LA CONEXIN DELTA La
conexin delta se llama as debido a su parecido con el signo griego
delta, que parece un tringulo. En tal configuracin cada lado del
tringulo contiene una fuente de voltaje y no existe una conexin de
un punto comn. Debido a esta configuracin, no existe la necesidad
de un cable neutro, ya que una de las fuentes podra fallar quedando
desconectada sin afectar la corriente o voltaje en el
sistema.VENTAJAS DE Y SOBRE DELTA Mientras que la conexin estrella
es ciertamente susceptible a fallar y quedar desconectada, tambin
permite que circule una pequea corriente a travs del cable. Por lo
tanto, se necesita un calibre menor del cable. Esto puede no
parecer una gran consideracin, pero cuando se utilizan miles de
pies de cable, an una ligera diferencia en el espesor del cable
puede traducirse en cientos de libras de cobre.VENTAJAS DE LA
CONEXIN DELTA POR SOBRE LA Y Como fue indicado, la ventaja primaria
de la conexin delta es la habilidad de no afectar
significativamente al sistema an si una de las fuentes falla y
queda desconectada o es apagada. Por esta razn, las configuraciones
delta son consideradas ms confiables aunque son generadas
corrientes de lnea de mayor intensidad.
DESARROLLO En primera instancia se realizaron los anlisis de los
circuitos en papel y lpiz para posteriormente realizar las
simulaciones en el programa. Para evitar alguna falla al realizar
el trabajo completo con lo solicitado, se realizaron simulaciones
de cada una de las instrucciones donde se pudo comprobar si
funcionaba o bien alguna falla para evitar hacerla en el trabajo
final.
1
FIGURA 1CONEXIN PARA LA INVERSION DE GIRO
FIGURA 2CONEXIN DELTA ESTRELLADIAGRAMA FUNCIONAL DEL PROYECTO
FINALIZADOPROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 3CIRCUITO TOTALMENTE APAGADO.PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE
FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 4CIRCUITO CON LAS CUCHILLAS DESACTIVADAS (CERRADAS)
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 5ARRANQUE DEL MOTOR 1 A TENSION REDUCIDA
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 6ARRANQUE DEL MOTOR 1 A TENSION PLENA
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 7ARRANQUE DEL MOTOR 2 A TENSION PLENA (EN SECUENCIA)
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 8ARRANQUE DEL MOTOR 3 A TENSION PLENA (EN SECUENCIA)
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 9PARO DEL CIRCUITO
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 10ARRANQUE EN REVERSA DEL MOTOR 1 A TENSION REDUCIDA
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 11ARRANQUE EN REVERSA DEL MOTOR 1 A TENSION PLENA
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 12ARRANQUE DEL MOTOR 2 A TENSION PLENA, CON EL MOTOR 1 EN
REVERSA (EN SECUENCIA)
PROCEDIMIENTO PASO A PASO DE FUNCIONAMIENTO.
FIGURA 13ARRANQUE DEL MOTOR 3 A TENSION PLENA, CON EL MOTOR 1 EN
REVERSA (EN SECUENCIA)
APLICACIN; IMPLEMENTACION INDUSTRIAL. El equipo considero que
las caractersticas de las conexiones realizadas con los motores
asncronos trifsicos eran propias de una implementacin clsica muy
conocida hoy da como lo es una banda transportadora, las cuales son
utilizadas como componentes en la distribucin automatizada y
almacenamiento. En combinacin con manejo equipos computarizados
para de tarimas permiten que se realice eficientemente el
almacenamiento, manufactura y distribucin de materiales en la
industria. Es considerado adems como un sistema que minimiza el
trabajo que permite que grandes volmenes sean movidos rpidamente a
travs de procesos, permitiendo a las empresas embarcar o recibir
volmenes ms altos con espacios de almacenamiento menores con un
menor gasto. El uso de las cintas transportadoras est aplicado
especialmente al procesamiento de
productosindustriales.FUNCIONAMIENTO.
De acuerdo a las plantas industriales se puede implementar una
banda sencilla o compleja como lo requiera la empresa. Hay bandas
transportadoras utilizadas para llevar productos a determinadas
partes en un proceso en serie. Para mover una banda transportadora
normalmente se usa un motor trifsico en uno de los extremos donde
aplique el arranque y paro a tensin reducida para controlar el
proceso y dos motores en los rodillos giratorios que ayude a
regular su velocidad por la inclinacin en la zona del proceso.
El motor trifsico o motor de induccin a tres fases, en la mayora
de las ocasiones tienen una carga equilibrada, es decir, consumen
lo mismo en las tres fases ya estn conectadas en estrella o en
delta. Cuando se transporta un producto de una banda a otra debe
existir un control que sincronice la velocidad de los motores (3 en
este caso). La velocidad del motor trifsico se regula a traves de
un variador de velocidad que har cambiar la frecuencia del voltaje
suministrada
DISEO DE LA IMPLEMENTACION INDUSTRIAL. (BANDA
TRANSPORTADORA).
FIGURA 14PLANO REALIZADO EN AUTOCAD; DE LA BANDA TRANSPORTADORA
CON LOS 3 MOTORES COLOCADOS EN LAS SECCIONES ESPECFICAS PARA SU
FUNCIONAMIENTO
DISEO DE LA IMPLEMENTACION INDUSTRIAL. (BANDA
TRANSPORTADORA).
FIGURA 15FIGURA 3D REALIZADA EN AUTOCAD; SECCION QUE CONFORMARA
PARTE DE LA BANDA TRANSPORTADORACONCLUSION.
Finalizando con el proyecto comprobamos que los motores
elctricos con conexin a corriente trifsica estn diseados para
funcionar en las tres fases de corriente alterna (AC) que se
utiliza en muchas aplicacionesindustriales. La electricidad de
corriente alterna cambia dedireccinde negativo a positivo y vuelve
muchas veces por segundo. La AC que obtienes en tucasa, por
ejemplo, pasa de negativo a positivo y viceversa 60 veces por
segundo. Cambia de potencia en una onda continua fluida llamada
onda sinusoidal. La corriente alterna trifsica tiene tres fuentes
de alimentacin de AC, todos fuera de fase entre s. Eso significa
que nunca hay dos ondas de AC en el mismo punto al mismo. No
necesitan arrancadores (arrancan por s solos al conectarles la red
trifsica de alimentacin) y no se ven sometidos a vibraciones por
efecto de la transformacin de energa elctrica en mecnica, ya que la
potencia instantnea absorbida por una carga trifsica es constate e
igual a la potencia activa. Estas son las principales ventajas que
hacen que sea ampliamente utilizado en la industria. Como
inconvenientes, podemos mencionar que son motores que tienen bajos
pares de arranque, presentan una zona inestable de funcionamiento y
que el control de velocidad en amplios rangos es complejo. Es por
ello que su aplicacin en la industria es til en aplicaciones
pequeas y no de tanto desgaste debido a estas deficiencias las
cuales se hacen insignificantes cuando se aprovechan todas sus
cualidades y aunado a esto su costo los hacen viables en procesos
industriales sencillos.