ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación

1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Electricidad y Computación “Diseño e implementación de equipo didáctico para el control y visualización de características dinámicas de motores eléctricos” Jaime Vera Verzola

2. Objetivo • Diseño y construcción de un equipo didáctico para el control de motores eléctricos trifásicos de inducción, basado en equipos industriales de control de velocidad y arrancadores suaves. • La obtención y procesamiento de las variables de sistema (corriente, tensión, frecuencia, etc) se la realizará mediante el software LabVIEW utilizando la tarjeta de adquisición de datos.

3. Descripción del equipo “JAIVER”

4. Controlador lógico programable SIEMENS SIMATIC S7-300 • Fuente de poder SITOP • Módulo central CPU 312C • Módulos de señales • Cable para conectar una unidad de programación PG

5. Breve descripción del PLC • Fuente de poder: 24 Vdc, 5 A • CPU 312c: 16 KB, 10 DI, 6 DO • Módulo de entradas digitales • SM321 16 DI • Módulo de salidas digitales • SM322 16 DO por relé • Módulo de salidas analógicas • SM331 8 AI 12 bits de resolución • Módulo de entradas analógicas • SM332 4 AO 12 bits de resolución

6. Software de programación STEP7 • Lenguajes de programación • KOP, diagrama eléctrico, contactos y bobinas • FUP, bloques de funciones lógicas • AWL, comandos de texto

7. Configuración del Hardware • Definición de lugar en el bastidor • Direccionamiento de entradas y salidas

8. Programación simbólica • Dirección absoluta • Tipo: (I, Q, M, T) • Byte: Grupo • Bit: Indice (0-7) • Símbolo: nombre asignado

9. Conexión de E/S del S7-300

10. Comunicación con el PC • Cable PC Adapter: MPI (Multi Point Interface) a USB, permite comunicarse con hasta 32 estaciones • Transferencia del programa en ambos sentidos • Permite depurar el programa en línea con el PLC

11. Freno por corrientes de EDDYTERCO MV 1045 • Disco conductivo • Electroimán • Ejes independientes • Galga extensiométrica • Tacogenerador

12. Módulo de control y monitoreo TERCO MV1045

13. Adquisición de datos por medio de

14. Características de la tarjeta de adquisición NI 6221 • Entradas analógicas • 8 diferenciales o 16 simples • 16 bits de resolución • Rango: ±10, ±5,±1, ±0.2 V • Salidas analógicas • 2 canales • 16 bits de resolución • Rango: ±10 V • Entradas/Salidas digitales • 24 V • Nivel lógico alto: 2.2 – 5.25 V • Nivel lógico bajo: 0 – 0.8 V

15. Circuitos de acondicionamiento • Corriente • Voltaje • Torque • Velocidad

16. Elementos de un instrumento virtual (VI) Programación gráfica • Panel frontal • Conjunto de controles e • indicadores • Diagrama de bloques • Código del programa

17. Arrancadores Suaves Efectos de arranque a plena tensión • Perturbaciones en la red de alimentación • Par de arranque muy alto Ventajas del arranque suave • Torque de aceleración suave y constante • Flexibilidad en la ejecución del arranque • Límite de corriente • Rampas de aceleración ajustables • Refuerzo del torque de arranque (boost) • Control de torque durante la deceleración • Funciones de protección

18. Esquema funcional

19. Tarjetas electrónicas del ATS48

20. Aceleración con Sistema de Control del Torque

21. CURVA CARACTERISITCA VELOCIDAD - TORQUE 300% Plena Tensión Rampa de Torque Torque de carga Torque de 200% Aceleración Constante 100% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% CURVA CARACTERISTICA VELOCIDAD - CORRIENTE 600% 400% 200% Plena Tensión Rampa de Torque 0% 0% 30% 40% 60% 80% 100% VELOCIDAD DEL MOTOR Curvas de arranque

22. Características del ATS48D17Q • Alimentación: 230/415 V, 50/60 Hz, 17 A • Motor: 230 V - 4 kW, 400 V - 7.5 KW • Panel frontal (ENT, ESC, ▲▼, Display) • Borneras • Control (RUN, STOP, 2 LI, 2 LO, 1 AO, PTC, RJ45) • Potencia (L1 L2 L3, T1 T2 T3, A2 B2 C2)

23. Parámetros Básicos

24. Conexión al PC • Software Power Suite • Parametrizar • Controlar • Visualizar

25. Variadores de frecuencia • Transforman el voltaje de entrada de frecuencia fija (60 Hz) a frecuencia variable • Controla la velocidad de motores de corriente alterna

26. Estructura de un variador de frecuencia • Rectificador • Monofásico • Trifásico • Circuito intermedio • Inductor • Capacitor • Troceador • Inversor • Controlador • PAM • PWM • PWM asíncrono • SFAVM • 60º AVM

27. Circuito intermedio y de fuerza del variador Altivar 31 EUPEC FB15R06KL4_B1

28. Características del ATV31HU15M2 • Entrada: 200..240 V, 50/60 Hz, monofásico • Salida: 200..240V, 8 A, 1.5 kW 2 HP, trifásico • Panel frontal (ENT, ESC, ▲▼, Display) • Borneras • Control (6 LI, 2 RO, 3 AI, 2 AO) • Potencia (R S, U V W, PO PC, PA PB)

29. Parámetros Básicos Altivar 31

30. Conexión al PC • Software Power Suite • Parametrizar • Controlar • Visualizar

31. Características del DANFOSSFC 302 • Entrada: 200..240 V, 50/60 Hz, trifásico • Salida: 200..240V, 7.5 A, 1.5 kW 2 HP, trifásico • Panel de control local • Display • Luces indicadoras (ON, Warn, Alarm) • Teclas de menú (Status, Quick, Main, Alarm) • Teclas de navegación (Dirección, Back, Cancel, Info, OK) • Teclas de funcionamiento (Hand On, Off, Auto On, Reset) • Borneras • Control (6 DI, 2 AI, 1 AO, 2 DO, 2 RO) • Potencia (L1 L2 L3, U V W, -DC +DC, R- R+)

32. Ajuste Rápido (Quick Menu)

33. Control de Lógica Inteligente (SLC) • Comparadores • Temporizadores • Reglas lógicas • Estados • Evento • Acción

34. Conclusiones • El desarrollo de los arrancadores suaves o estáticos ha permitido reducir el impacto de la corriente de arranque de los motores sobre la red a la cual se encuentran conectados y el esfuerzo mecánico de las maquinarias que manejan. Sin embargo, introduce perturbaciones armónicas momentáneas en la red. • Se debe tener en cuenta el correcto seteo del parámetro ACC, que controla el tiempo de rampa de aceleración, para evitar picos de corriente al momento de efectuar el bypass, producidos cuando el motor no desarrolla suficiente velocidad en el arranque. • Los variadores de frecuencia son ampliamente utilizados en la industria para el control de velocidad de diferentes máquinas, tales como: tornillos, bobinas, ventiladores, bombas, etc. Gracias a las entradas analógicas de referencia y a las diferentes funciones que poseen, permiten manipular la frecuencia suministrada al motor de acuerdo a las necesidades presentes en el medio.

35. Conclusiones • El Control Lógico Inteligente (SLC) del variador Danfoss FC 302 brinda la facilidad de manejar operaciones rutinarias obteniendo señales del medio y procesándolas usando operadores lógicos, comparadores y temporizadores. • El Controlador Lógico Programable (PLC) permite establecer el orden de encendido de los equipos y demás periféricos, dando una operación más sencilla al usuario, resumiendo la cantidad de elementos como relés y temporizadores que se utilizarían con un control tradicional. • El equipo TERCO MV1045 ofrece una carga variable aprovechando el efecto de freno que generan las corrientes de Eddy, esta carga nos permite estudiar el comportamiento del motor acoplado midiendo el torque y la velocidad. • El software de monitoreo elaborado con LabVIEW muestras las formas de onda de corriente y voltaje características de cada equipo, teniéndolas como patrón de un funcionamiento normal nos permiten hacer una evaluación y pronóstico de fallas, por lo cual constituye una herramienta importante para el estudio y mantenimiento de equipos.

36. Recomendaciones • La variación de carga debe hacerse teniendo en cuenta la corriente que se está suministrando al motor para evitar que se exceda la corriente nominal del motor por sobrecarga. • Es importante el diseño adecuado de un panel eléctrico como el elaborado en esta tesis, teniendo en cuenta las precauciones y dispositivos de seguridad para evitar accidentes graves. También debe tener un mecanismo de encendido independiente para el circuito de control y fuerza que permita hacer pruebas de secuencia. • Es recomendable incluir luces indicadoras para la alimentación general y de dispositivos principales que sirvan para visualizar la presencia de tensión, de la misma manera para las fuentes de voltaje DC. • Para los circuitos de acondicionamiento de señal se deben utilizar fuentes independientes para aislar el circuito de fuerza y de este modo evitar que los fallos sean transmitidos a la tarjeta de adquisición. • Los equipos electrónicos que utilizan semiconductores introducen armónicos a la red, para disminuir su incidencia en la red se recomienda el uso de filtros. Se puede incluir en el diseño del panel para comprobar su efectividad.