ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación “Diseño e implementación de equipo didáctico para el control.

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1 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad 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 SM DI Módulo de salidas digitales SM 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 EDDY TERCO 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 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 Curvas de arranque Torque de Aceleración Constante 100% 200% 300% 0%
20% 40% 60% 80% Plena Tensión Rampa de Torque Torque de carga CURVA CARACTERISITCA VELOCIDAD - TORQUE VELOCIDAD DEL MOTOR CURVA CARACTERISTICA VELOCIDAD - CORRIENTE 400% 600% 30% Torque de Aceleración Constante

22 Características del ATS48D17Q
Alimentación: 230/415 V, 50/60 Hz, 17 A Motor: 230 V - 4 kW, 400 V 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 Parámetro Valor Menú In 7.0 A Set ACC 15 s Sty
F, rueda libre LI3 LIS, 2º par. IO AO Otr, par del motor Visualiza estado SUP

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: V, 50/60 Hz, monofásico Salida: V, 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
Valor Menú nCr 7.0 A dRC UnS 220 V ACC 5 s SEt dEC 5s LSP 5 Hz HSP 60 Hz tCC 3C, control 3 hilos I-O rrS LI3 PSS Vel. Preselec. FUN Visualiza estado SUP

30 Conexión al PC Software Power Suite Parametrizar Controlar Visualizar

31 Características del DANFOSS FC 302
Entrada: V, 50/60 Hz, trifásico Salida: V, 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)
Parámetro Valor Menú 00-01 Idioma Español Funcionam./Display 01-20 Potencia 1.5 kW Carga/Motor 01-22 Tensión 220 V 01-23 Frecuencia 50 Hz 01-24 Intensidad 6.95 A 01-25 Velocidad 1420 rpm 05-12 Terminal 27 Parada E/S digital 03-02 Ref. min 0 rpm Referencias/Rampas 03-03Ref. Máx 1800 rpm 03-41 Rampa acel 5 s 03-42 Rampa decel 03-13 Lugar ref Conex. A manual/auto

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.