Arranque progresivo para motores asincronicos de pequeña potencia (página 3)

Todas estas características fueron consideradas cuidadosamente a la hora de implementar el prototipo final. Se implemento así un circuito trifásico derivado del circuito monofásico.

Las conclusiones principales extraídas de los ensayos sobre el prototipo trifásico son citadas a continuación:

• Se logró un circuito simple para el control de motores trifásicos.

• La implementación utiliza un solo control de pedestal (nivel de set point).

• El ángulo de conducción máximo es ajustable en forma independiente en las tres fases, para cada fase se genera una rampa independiente.

• El sistema se alimenta con fuentes independientes tomadas desde la fase correspondiente.

Las conclusiones finales obtenidas del diseño e implementación de este sistema de arranque progresivo pueden resumirse de la forma siguiente:

• Se logró un circuito trifásico muy simple, confiable (el numero de C.I. es reducido, por lo tanto disminuye la probabilidad de fallas) y que utiliza componentes de fácil accesibilidad.

• No utiliza microcontroladores, esto se traduce en un sistema de fácil mantenimiento ideal para aplicaciones en lugares poco accesibles.

• La implementación final trifásica tiene un costo reducido, lo que representa una ventaja comparándolo con los equipos disponibles en el mercado. Cuyos valores exceden largamente los costos invertidos en esta implementación.

• Se obtuvo un prototipo intermedio monofásico orientado a propósitos didácticos. Cuyas prestaciones son óptimas para conocer el funcionamiento del circuito integrado (existe poca información disponible del C.I.).

• El desempeño de los prototipos, monofásico y trifásico, es satisfactorio tanto para cargas inductivas como resistivas. Por lo que se concluye que el sistema representa una solución alternativa para distintas aplicaciones industriales.

• Se concluye con la validación del arranque progresivo realizando una comparación de corriente por fase respecto del arranque directo. Como resultado se obtuvo un sistema que presenta buenas prestaciones, logrando disminuir en gran medida los picos de corriente.

Referencias Bibliográficas

[1] Manual de Baja Tensión: Criterios de selección de aparatos de maniobra e Indicaciones para el Proyecto de instalaciones y distribución. 2º Edición 2000 Editor Siemens

[2] Manual y catálogo del electricista Edición 2002 Schneider Electric Argentina S.A.

[3] Cuaderno Técnico nº 208: Arrancadores y variadores de velocidad electrónicos. Daniel Clenet Edición 2004 Schneider Electric España S.A.

[4] CHAPMAN, STEPHEN – Máquinas Eléctricas – 4º Edición 2007 Editorial Mc Graw Hill

[5] GUALDA GIL, J.A; MARTINEZ, S. ET AL – Electrónica Industrial: Técnicas de Potencia – 2da Edición – Editorial Marcombo.

[6] Revistas Electro Sector Números 06, 07 y 08 año 2008 Editorial AMI

[7] Maquinas de corriente alterna: Enciclopedia C.E.A.C. de Electricidad. 2da Edición Ediciones C.E.A.C.

[8] Tiristores y Triacs, H. Lilen, 2da Edición Ediorial Marcombo

[9] Terlescki, A.V., Kurtz, V.H., Botteron F., "Medición de Frecuencia de la tensión generada en una pico central hidroeléctrica, con elementos de bajo costo" CRICTE 2006.

[10] Chapallaz J.M. et al, Manual on Induction Motors Used as Generators, GATE- GTZ Vol 10, Germany Vieweg 1992.

[11] Feyh, A.R., da Silva G.S., Rech C., de Camargo R.F. (2007) "Comparação de diferentes Métodos de sincronização para eradores de indução isolados". CRICTE 2007.

[12] Kurtz, V. H., Botterón, F., "Una Alter- nativa para El Control de Cargas Balasto que Regulan Frecuencia y Tensión en PCH de Operación Aislada" www.cerpch.unifei.edu.br

[13] Kurtz, V. H., "Sistema mixto para el control de la operación en microcentrales hidroeléctricas" Facultad de Ingenieria – UNaM, ELPHA, 2005

[14] Arranque de Motores Asíncronos Trifásicos -17 de marzo de 2009 http://wwwapp.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/labingel/arranque%20moto r%20asinc%20trifas.pdf

[15] Comparación entre un arrancador electrónico diseñado con IGBT"s y un arrancador electrónico comercial. G.D.Sánchez; M.S.Esperanza Gonzáles; A.R. Loera. Instituto Tecnológico de Aguas Calientes. Departamento de Ing. Eléctrica y Electrónica. http://desacad.ita.mx/contec/num_23/rev23-1.pdf

[16] Soft Starter Arrancador Suave Chave de Partida Soft-Starter WEG http://ciecfie.epn.edu.ec/Automatizacion/Laboratorios/controldemaquinas/hojasguias/0 7-07/SSW-03.pdf

[17] Artículo Arrancadores de Estado Sólido en Baja Tensión por Departamento de Ingeniería COL ELECTRIC PERU S.A.C. www.industriaaldia.com/articulos/47- 10.pdf

[18] Guide for selecting a motor – ABB

[19] Variadores de Frecuencia y Partidores Suaves Automatización Industrial Primer Semestre 2001, 7 de Abril de 2009 www.elo.utfsm.cl/~elo372/exposicion3.ppt

[20] Calculo de redes snubber www.st.com/stonline/books/pdf/docs/6785.pdf 24 de Abril 2009

[21] Protecciones por derivada de corriente www.fairchildsemi.com/an/AN/AN- 3008.pdf 21 de Abril 2009

[22] Hoja de datos U2008B www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc4712.pdf

[23] Hoja de datos U211B www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc4712.pdf

Apéndices

Estudio de Mercado: Arrancadores Suaves de diferentes Fabricantes

• Arrancares Suaves Sirius 3RWR30 y 3RWR31 de SIEMENS

Gracias al control en dos fases se mantiene la intensidad de las tres fases en los valores mínimos durante el arranque completo. Los picos indeseados de intensidad y par; que por ej. se generan en los arranques estrella-triángulo, no aparecen gracias a la variación continua de tensión.

Aplicaciones: Bombas, compresores, cintas transportadoras.

Funciones:

Diagrama de estados

• Altistart de Telemecanique

El arrancador progresivo Altistart 01 es, un limitador de par en el arranque y un arrancador ralentizador progresivo para los motores asíncronos.

La utilización del Altistart 01 mejora el rendimiento de arranque de los motores asíncronos y permite realizar un arranque progresivo controlado y sin sacudidas. Su utilización permite eliminar los golpes mecánicos que causan el desgaste y reduce el mantenimiento evitando el paro prolongado de la producción.

El Altistart 01 limita el par de ruptura y las puntas de corriente en el arranque, en máquinas en las que no es necesario un par de arranque elevado.

Están destinados a las aplicaciones sencillas siguientes: Transportadores, Cintas, transportadoras, Bombas, Ventiladores, Compresores, Puertas automáticas, Pórticos pequeños, Máquinas de correas.

Arrancadores progresivos ATS 01N1

• Control de una fase de alimentación del motor (monofásico o trifásico) para la limitación de par en el arranque.

• Las potencias del motor están comprendidas entre 0,37 kW y 5,5 kW.

• Las tensiones de alimentación del motor están comprendidas entre 110 V y

480 V, 50/60 Hz. Se necesita una alimentación externa para controlar el arrancador.

Arrancadores progresivos ralentizadores ATS 01N2

• Control de dos fases de alimentación del motor para la limitación de corriente en el arranque y para la ralentización.

• Las potencias del motor están comprendidas entre 0,75 kW y 75 kW.

• Las tensiones de alimentación del motor son las siguientes: 230 V, 400 V, 480 V y 690 V, 50/60 Hz.

En las máquinas en las que no se necesita el aislamiento galvánico, no es preciso utilizar un contactor de línea.

Los arrancadores progresivos Altistart 01 (ATS 01N1ppp) están equipados:

• Con un potenciómetro de ajuste del tiempo de arranque.

• Con un potenciómetro para ajustar el umbral de la tensión de arranque en función de la carga del motor.

• Con 2 entradas: una entrada 24 V o una entrada a 110-240 V para la alimentación del control que permiten controlar el motor.

Los arrancadores ralentizadores progresivos Altistart 01 (ATS 01N2ppp) están equipados:

• Con un potenciómetro de ajuste del tiempo de arranque.

• Con un potenciómetro de ajuste del tiempo de ralentización.

• Con un potenciómetro para ajustar el umbral de la tensión de arranque en función de la carga del motor.

• Un LED verde de señalización: producto en tensión.

• Un LED amarillo de señalización: motor alimentado con tensión nominal.

• Con un conector:

• Dos entradas lógicas para las órdenes de Marcha/Parada.

• Una salida lógica para señalar el final del arranque.

• Un salida de relé para señalar un fallo de alimentación del arrancador o la parada del motor al final de la ralentización.

Función BOOST en tensión por entrada lógica

La activación de la entrada lógica BOOST valida la función que permite suministrar un sobrepar de "despegue" para evitar la resistencia mecánica.

Consiste en aplica al motor una tensión fija durante un intervalo de tiempo limitado antes del arranque esto se observa en la figura siguiente.

La figura siguiente muestra la característica par-velocidad de un motor de jaula en función de la tensión de alimentación.

El par varía como el cuadrado de la tensión a frecuencia fija. La subida progresiva de la tensión elimina la punta de corriente instantánea en la puesta en tensión.

Diagrama Funcionales

• Arrancadores Suaves Tipo PSS de ABB

Funciones:

• Ajustes para rampa de arranque, rampa de paro y tensión inicial mediante potenciómetros

• Contactos bypass integrados

Las siguientes gráficas muestran la diferencia básica entre el arranque en línea directo, el arranque en estrella-triángulo y el arranque suave, en cuanto a tensión del motor (V), intensidad del motor (I) y par del motor (T).

La siguiente figura muestra el tipo de conexión que utiliza ABB en caso de motores de alta potencia. Se observa la reducción de la corriente que circula por el arrancador y que se utilizan seis cables para la instalación. Otros fabricantes también especifican esta conexión y la denominan como conexión dentro del triangulo.

• Ministart de RALSPEED

Voltaje 400V

Características:

• Arranque suave controlado por tres fases.

• Relé Bypass integrado.

• Amplio monitoreo de funciones.

• No requiere neutro.

• Reducción de corriente de pico.

Funciones:

• Arranque suave y parada suave.

• Cuatro parámetros ajustables separadamente: Torque de arranque, Tiempo de aceleración, Torque de parada, Tiempo de desaceleración.

• Monitoreo de Temperatura.

• Monitoreo de falla de fase durante el arranque.

• Arranque suave fabricado por FANOX

• Para motores de inducción trifásicos de hasta 22 kW / 400 V.

• Disipador de calor y relé electromecánico de bypass incorporados.

Al conectar C1 en la figura A1.18, el arrancador realiza un arranque suave del motor. Al desconectar C1, el motor se para, el arrancador se pone a cero y después de 0,5 seg. podrá realizarse un nuevo arranque suave.

Cuando S1 está cerrado en la figura A1.18 (Diagrama conexión), el arranque suave del motor se realiza de acuerdo con el ajuste de potenciómetros de t inicial y % par. Cuando S1 está abierto la parada suave se realiza de acuerdo con el ajuste del potenciómetro de rampa descendente.

Funciones que poseen los arrancadores suaves ES 400-45 de 22 KW

• Arranque suave

• Parada suave

• Desequilibrio o falta de fase

• Sobrecalentamiento del motor por sondas PTC

Inversión de la secuencia de fases

Índice

A

amortiguamiento · 63

Analogía Térmica · 71

ángulo de conducción · 51

ángulo de fase · 78, 88, 100

ángulos de disparo · 9, 97

arranque de los motores asincrónicos · 33

Arranque Directo · 59

Arranque Estrella Triángulo · 38

Arranque por autotransformador · Véase

Arranque por Variadores de velocidad · 45

arranque progresivo · 4, 9, 78, 93, 96, 97, 98, 100, 105

arranque suave "soft start" · 87

autotransformador · Véase

B

bobinas del estator · 16

BOOST · 54

bornes de conexión · 38

By-Pass · 52, 58

C

calentamiento · 37

campo magnético giratorio · 15

carga mecánica · 29

carga trifásica · 14, 78

circuito de disparo · 61

circuito equivalente · 20, 21

Clases · 30

coeficientes de seguridad · 72

conducción · 7, 51, 58, 70, 82

Contactor · 38

convección · 70

corriente absorbida · 33

corriente de cebado · 79

Corriente de línea · 61

corrientes trifásicas · 24

cupla de arranque · 35

cupla motora · 35

D

derivada de corriente · 66

derivada de tensión · 6, 62

deslizamiento · 18

diagrama en bloques · 78

diodos zener · 85

disipador térmico · 4, 6, 70

disparo de los triacs · 79

E

entrehierro · 25

Estator · 12

Estudio de Mercado · 103

etapa de potencia · 4, 6, 58, 59, 60, 80

F

factor de potencia · 52

flujo de calor · 72, 77

flujo de corriente · 20

frecuencia · 16

fricción · 24

Fuerza · 16

fusibles · 38

I

impedancia del rotor · 20

Inversión de marcha · 52

K

KUSA · 49

KUSA BIPOLAR · 50

L

Ley de Ohm · 71

limitación de corriente · 55

M

máquina eléctrica rotativa · 11, 12

Máquinas de corriente continua · 12

Máquinas de inducción · 12

Máquinas síncronas · 12

mica · 73, 74

monofásicas · 12, 78, 90

motor asincrónico · 20

motor eléctrico · 11

motores asíncronos · 11

N

NEMA · 30

P

par · 17, 24

par desarrollado · 26

par inducido · 26

par resistente · 29

Parada · 52

parada progresiva · 54

pasta de silicona · 73, 74

perfil · 75

pin · 85

potencia de entrada · 24

potencia de salida · 26

potencia disipada · 8, 74

potencia mecánica · 25

potencia nominal · 44, 61

Protección Integrada · 47

prototipo monofásico modificado · 6, 87

prototipo trifásico · 6, 8, 90, 92, 97, 99

prototipos · 4

prototipos monofásicos · 6, 81

R

radiación · 70

redes snubber · Véase

régimen de marcha · 19

regimen permanente · 9, 96

Rele Térmico · 38

resistencia cápsula-disipador · 73

resistencia limitadora · 86

resistencia unión-cápsula · 72

resistencias estatóricas · 47

Rotor · 12

Rotor de Jaula · 13

Rotor Devanado · 14

rozamiento · 24

rpm · 17

S

Selección de un motor de inducción · 32

semiconductores de potencia · 48

sensado de corriente · 87

sincronización · 85, 89

sistema trifásico equilibrado · 17

sobrecargas · 37, 38, 42, 52, 57, 58

sobrevoltaje · 65

Soft Start · 83

T

temperatura · 32, 37, 58, 70, 71, 72, 104

tensión de control · 88

Tensión de fase · 61

tiempo de conmutación · 41

tiristores · 61

transformador de aislamiento · 81

triacs · 10, 61, 77, 79, 80, 91, 94

V

Variadores de velocidad · Véase

velocidad angular · 18

velocidad mecánica · 18

velocidad sincronía · 18

Agradecimientos

A nuestras familias y amigos por el apoyo incondicional que nos han otorgado, A los profesores orientadores quienes de forma permanente nos brindaron, los conocimientos necesarios para la elaboración exitosa del proyecto electrónico además de su buena predisposición en todo momento, y a los profesores del departamento de electrónica que no tuvieron inconvenientes en dedicar su tiempo a nuestras consultas. Todas estas personas nos ayudaron, en mayor o menor medida, a alcanzar el objetivo final. Y sobre todas las cosas a Dios que sin el nada hubiese sido posible.

Autor:

Estela Rocio Habegger

Silvio Javier Diaz

Enviado por:

Orientador: Mgter. Ing. Victor Hugo Kurtz

Facultad de Ingeniería – U.Na.M

Oberá, Misiones, Argentina

2009