FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica 1. TEMA PRÁCTICA N 6 ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN MEDIANTE EL MÓDULO PROGRAMABLE LOGO 2. OBJETIVOS 2.1. Adiestrar al estudiante en el diseño e implementación de arrancadores de voltaje reducido, utilizando contactores como elementos principales de maniobra y el módulo programable LOGO como dispositivo de control. 2.2. Aplicar los criterios de diseño aprendidos, para el arranque de un motor eléctrico utilizando una conexión Y Delta. 3. MARCO TEÓRICO El objetivo principal de cualquier sistema de arranque utilizado para un motor es disminuir la magnitud de corriente de arranque, a fin de evitar caídas de voltaje que podrían perturbar la red de alimentación. Es importante considerar que el motor desarrolle el par suficiente para que pueda acelerar desde una velocidad cero hasta el máximo número de revoluciones en un determinado tiempo de acuerdo al tipo de carga mecánica acoplada. Existen diferentes métodos electromecánicos para arrancar un motor trifásico de inducción, entre los que se pueden citar: resistencias o reactancias primarias, estrella - triángulo, autotransformador. Actualmente se utilizan arrancadores suaves (soft starter), basados en dispositivos electrónicos de potencia, cuya operación y funcionalidad ofrecen una significativa ventaja respecto a los antes mencionados. El arranque electromecánico estrella triángulo (Y-Delta), continúa siendo utilizado en el arranque de motores de mediana potencia, debido a su simplicidad, bajo costo y la reducción de corriente en el arranque. Para su aplicación se requiere que el motor posea 6
terminales accesibles y se debe tomar en cuenta que el torque de arranque disminuye notablemente y que se produce una corriente transitoria alta durante el cambio de la conexión. 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Diseñar el circuito de fuerza para que un motor trifásico de inducción rotor jaula de ardilla, con seis terminales accesibles, pueda funcionar con inversión de giro por medio de un arranque estrella triángulo. Incluir protecciones eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos. Utilizar la siguiente nomenclatura: KH para contactor de giro horario, KAH para contactor de giro antihorario, KY y KDELTA para los contactores estrella y triángulo, respectivamente. 4.2. Mediante el software LOGO SOFT COMFORT, realizar el programa de control del arrancador del numeral anterior, con las siguientes condiciones: a. Antes de arrancar el motor, el operador deberá ingresar un tiempo t1 diferente de cero para iniciar con la operación. b. Mediante un interruptor S1 se escoge el sentido de giro: ON giro horario OFF giro antihorario. c. El motor arranca mediante un pulsante Smarcha en el sentido de giro previamente seleccionado, primero se conecta el contactor que realiza la conexión estrella KY e inmediatamente después se energiza el contactor que corresponde al sentido de giro (KH o KAH). d. Luego de 7 [s] se desconecta KY y 500 [ms] después se energiza el contactor de la conexión triángulo KDELTA, con lo que el motor pasa a un régimen de marcha estable. El motor funciona durante el tiempo t1 y descansa un tiempo de 5 [s], arranca en el otro sentido de giro, funciona durante el tiempo t1 y se apaga por completo. Nota: El retardo de 500 [ms] para conectar KDELTA se debe a que la velocidad de ejecución de las instrucciones en el microprocesador del controlador no permite que se distingan los bloqueos del diseño y es posible que se ordene la operación simultánea de los contactores KY y KDELTA causando un cortocircuito. e. El motor se apaga cuando termina el proceso, o mediante un pulsante de paro Sparo, o por actuación de la protección de sobrecarga.
f. Incluir textos de aviso para indicar el estado de funcionamiento del motor, configuración y visualización de tiempos. Para la operación del arranque, se deben utilizar los temporizadores de acuerdo al día de la sesión de laboratorio correspondiente, como se indica a continuación: Sesión Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Temporizadores 2 tipo Pulso (barrido) (Tiempo conexión en Y y transición). 1 Off delay (tiempo conexión en Y) 1 On delay (transición). 1 On delay (tiempo conexión en Y) 1 Off delay (transición). 2 On Delay (tiempo conexión en Y y transición). 2 Off Delay (tiempo conexión en Y y transición). Presentar: Diagrama de conexiones de entradas y salidas al módulo programable. Tabla con la lista de todas las variables y su función. Diagrama de tiempos de los contactores para el caso de funcionamiento del motor en sentido de giro horario. Circuito de control impreso utilizando la opción de guardar en formato PDF disponible en el software de LOGO. El programa grabado en una memoria flash para verificar el funcionamiento en el laboratorio. 5. EQUIPO Y MATERIALES Módulo de trabajo con elementos electromecánicos, disponible en el laboratorio. Relé lógico programable LOGO, disponible en el laboratorio. Motor trifásico de inducción con 6 terminales accesibles, disponible en el laboratorio. 6. PROCEDIMIENTO 6.1. Al inicio de la práctica, el instructor podrá evaluar a los estudiantes acerca del trabajo preparatorio.
6.2. Mediante el simulador off line del software LOGO SOFT COMFORT, verificar el correcto funcionamiento del programa de control solicitado en el trabajo preparatorio. De ser necesario, hacer las correcciones que sean del caso. 6.3. Conectar los dispositivos de entrada y salida al módulo programable con los respectivos bloqueos físicos y verificar el funcionamiento correcto de las bobinas de los contactores. 6.4. Utilizando los elementos del tablero electromecánico y el motor trifásico de inducción disponible en el laboratorio, armar el circuito de fuerza solicitado en el numeral 4.1 del trabajo preparatorio y probar el funcionamiento del circuito de control. 6.5. El instructor solicitará realizar modificaciones adicionales al funcionamiento del programa original. 7. INFORME 7.1. Demostrar que los valores de corriente y torque de arranque de un motor trifásico de inducción, mediante un sistema Y - delta, se reducen a un tercio de los valores respecto a un arranque directo. 7.2. Explicar por qué se produce un transitorio de corriente en el circuito de fuerza cuando se realiza el cambio de conexión de Y a Delta. 7.3. El diagrama de la Figura corresponde al circuito principal de un arrancador por resistencias e inversión de giro de un motor trifásico de inducción. Utilizando el módulo programable LOGO, realizar el programa de control que cumpla las siguientes condiciones:
a. Antes de arrancar el motor, el operador deberá ingresar los tiempos t1 y t2, diferentes de cero para iniciar con la operación. b. Mediante un interruptor S1 se escoge el sentido de giro: ON giro horario OFF giro anti-horario. c. El motor arranca mediante un pulsante Smarcha en el sentido de giro previamente seleccionado y alimentado a través de las resistencias de arranque. d. Después de 5 segundos se puentean las resistencias de arranque mediante el contactor Kpuente y el motor pasa a la condición normal de operación. El motor funciona durante el tiempo t1 y se apaga, descansa el tiempo t2 y arranca en el sentido de giro contrario, alimentado a través de las resistencias de arranque. e. El motor se apaga en cualquier momento mediante un pulsador de paro Sparo o por activación del relé de sobrecarga Term1. f. Si por alguna razón no se conecta el contactor Kpuente, que cortocircuita a las resistencias de arranque, se corre el riesgo de que se quemen debido a que no son para funcionamiento continuo. Para protegerlas, utilizar otro temporizador que desconecte todo el circuito si Kpuente no se ha operado en un tiempo de 7 segundos. g. Incluir textos de aviso para visualizar los tiempos y los diferentes estados de operación del motor. AYUDA PARA EL DISEÑO: Mediante un contacto auxiliar normalmente abierto del contactor Kpuente se informa al módulo programable de la operación del contactor. Si el contacto auxiliar de Kpuente se cierra, quiere decir que no existió ningún problema con la bobina de Kpuente y el motor continuará funcionando de acuerdo al diseño. En el caso de que no se cierre el contacto auxiliar de Kpuente se considera que existe una falla y el control ordena que se desconecte el motor.
Para el caso de la simulación, el contacto auxiliar de Kpuente se lo simula con un interruptor abierto conectado en una entrada del relé programable, el cual se cierra manualmente cuando se activa la salida correspondiente a Kpuente indicando que no existe ninguna falla y el circuito funciona normalmente. En el caso de que no se cierre manualmente el interruptor se está indicando al control que existe una falla y el motor debe desconectarse. PRESENTAR: Diagrama de fuerza con todas las protecciones. Diagrama de conexiones de entradas y salidas al módulo programable. Tabla con la lista de todas las variables y su función. Diagrama de tiempos de los contactores para el caso de funcionamiento del motor en sentido de giro horario. Circuito de control impreso utilizando la opción de guardar en formato PDF disponible en el software de LOGO. El programa grabado en una memoria flash para verificar el funcionamiento en el laboratorio. 7.4. Comentarios y sugerencias sobre el cumplimiento de los objetivos propuestos en la práctica. 7.5. Conclusiones y recomendaciones individuales. 7.6. Bibliografía. 8. REFERENCIAS Catálogo de relé programable LOGO. Diagramas de Control Industrial, Ing. Pablo Angulo. Notas de clase. Elaborado por: Revisado por: Ing. Vanessa Benavides. MSc. Ing. Cristian Fabara R. Ing. Cristian Tasiguano. MSc. Ing. Cristian Tasiguano. MSc.