ANTEPROYECTODISEO, ANLISIS E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE ARRANQUE SUAVE Y VELOCIDAD PARA UN MOTOR AC MONOFSICO

PRESENTADO POR:MARCELA REATIGA ALAREZCODIGO: 1090352JHOAN RODRIGUEZ GONZALES CODIGO: 1090269

FACULTAD DE INGENERADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA INGENIERIA ELECTROMECNICA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERCUCUTA 2015

ANTEPROYECTODISEO, ANLISIS E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE ARRANQUE SUAVE Y VELOCIDAD PARA UN MOTOR AC MONOFSICO

PRESENTADO A:ING. SERGIO CASTRO

PRESENTADO POR:MARCELA REATIGA ALAREZCODIGO: 1090352JHOAN RODRIGUEZ GONZALES CODIGO: 1090269

FACULTAD DE INGENERADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA INGENIERIA ELECTROMECNICA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERCUCUTA 20151. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Es muy comn encontrar en la industria arrancadores suaves de motores AC o DC los cuales limitan la corriente y el par de arranque. Durante el arranque este presentan picos altos de energa que se generan al momento de romper la inercia del motor, esto ocurre al tratar de llegar inmediatamente al voltaje de operacin requerido. De este modo, se evita el esfuerzo mecnico y las bajas de tensin en la lnea. La tensin del motor se reduce por medio un control, el cual se implementara con un PIC y as poder controlar el sistema de potencia por medio de programacin. Se tendr en cuenta la elevacin de la tensin en la lnea de alimentacin dentro del tiempo de arranque predeterminado. El fin del arrancador suave de motor AC monofsico es crear un esfuerzo mnimo en los dispositivos conectados (carga) y asegurar una operacin de produccin suave.

1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA

Es posible controlar la velocidad y el arranque de un motor AC monofsico por medio de voltaje a travs de un microcontrolador PIC 16F877 y un circuito de potencia?

2. JUSTIFICACIN

La modernizacin y actualizacin tecnolgica es una etapa de desarrollo en el sector industrial, por esta razn es necesario la implementacin de mtodos que mejoren la calidad y permitan la conservacin de los motores. Es comn encontrarse con la necesidad de controlar el arranque en los motores monofsicos debido a que presentan una sola fase de alimentacin, no poseen un campo giratorio sino que tienen un campo magntico pulsante, para la cual se hace difcil de que exista un torque en el arranque, por loque necesita de otros dispositivos extras para iniciar el movimiento de la mquina. Para que el motor no presente picos altos de energa ni desgaste a largo plazo se implementara un sistema de control lazo cerrado el cual nos va permitir controlar el arranque y la velocidad del motor y as obtener el funcionamiento adecuado.

Los motores elctricos monofsicos son una alternativa para el uso domstico, ya que su aplicacin se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los electrodomsticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora, etc.

3. LIMITACIONES Y DELIMITACIONES

En la ejecucin de este proyecto se presentan limitaciones y delimitaciones mencionadas a continuacin.

3.1. LIMITACIONES

El sistema se dise para controlar el arranque y velocidad de un motor AC monofsico a 120 voltios a 60 Hz permitiendo mantener el torque en el eje.

El uso de los dispositivos semiconductores de potencia (DSP) disponible y accesible en el mercado en la ciudad San Jos de Ccuta.

En el plan de trabajo a realizar se plantea el diseo y el clculo eficiente para controlar el arranque y velocidad de un motor monofsico con limitacin de acceso a implementos de pruebas y mediciones para el motor en los laboratorios de potencia de la UFPS.

3.2. DELIMITACIONES

Este proyecto se llevara a cabo dentro de las instalaciones de los Laboratorios de electricidad y electrnica de la universidad francisco de paula Santander con una duracin de 11 semanas presentando la semana final de clases de la asignatura control digital.

4. OBJETIVOS

Los objetivos a planteados a alcanzar con la ejecucin son la base de poder establecer los logros, metas y resultados alcanzados con la implementacin del sistema.

4.1. OBJETIVO GENERAL

Disear e implementar un sistema de control de arranque y velocidad para un motor AC monofsico con DSP (dispositivos semiconductores de potencia) y controlado con un PIC.

4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque y potencia requeridos por el motor AC monofsico y calcular los parmetros para controlar el arranque. Diseo general del sistema de control de arranque suave y velocidad para un motor AC monofsico mediante la variacin de voltaje a travs de DSP (dispositivos semiconductores de potencia) controlado por un PIC 16F877.

Disear la etapa de potencia estableciendo la topologa del rectificador a emplear y cantidad de DSP (dispositivos semiconductores de potencia) para su implementacin.

Disear y programar el sistema de control por un PIC 16F877 mediante lenguaje Ladder (escalera), apoyado en el programa de simulacin Proteus 8 professional y el software Pilz Automation Suite PAS4000.

Implementacin y montaje del sistema de control del arrancador suave y velocidad, realizacin de pruebas y comprobacin del funcionamiento; deteccin de fallas, establecimiento de ajustes necesarios.

5. MARCO TEORICO

Este marco terico consigna la informacin necesaria de algunos elementos y ciertos materiales que utilizaremos en la implementacin del prototipo de nuestro proyecto.

5.1. SISTEMA DE CONTROL 5.1.1. Microncontrolador PIC (16F877)

Para la etapa de control se utilizara un PIC 16F877 este microcontrolador es fabricado por Microchipfamiliaa la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877 posee varias caractersticas que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy verstil, eficiente y prctico para ser empleado en el control de sistema de potencia y poder as controlar el arranque y velocidad del motor.

Figura 1. Dispositivo y configuracin del PIC (16F877)Fuente: Ref. [1]

5.2. SISTEMA DE POTENCIA

5.2.1. TRIAC

Es un tiristor bidireccional de tres terminales que puede funcionar como elemento interruptor o regulador de corriente elctrica en circuitos de corriente alterna.

En la prctica, los TRIAC, se utilizan para regular la velocidad del motor monofsico (universal) tambin es muy utilizado en diversos electrodomsticos. Pero en cargas industriales importantes no se utiliza ya que la magnitud de las corrientes de compuerta para obtener idnticos voltajes de ruptura (VR) son diferentes. Lo anterior indica que el dispositivo es bidireccional, pero no simtrico; este es uno de los problemas inherentes al TRIAC.Fuente: Ref. [2]

Figura 2. Smbolo y conexin del TRIAC.Fuente: Ref. [3]

Figura 3. Circuito de potencia.Fuente: Ref. [4]

Figura 4.Arranque suave (rampa)Fuente: Ref. [5]

5.3. SENSOR

El sensor de velocidad se empleara para obtener un mejor control respecto a los sobresaltos que puedan ocurrir en la salida de la carga al cambiar la velocidad. Para ello posiblemente emplearemos un sensor lineal de efecto hall.

Figura 5. Sensor efecto hall.Fuente: Ref. [6]5.4. CARGA

5.4.1 Motor monofsico AC

En todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeos que trabajen con suministro monofsico para impulsar diversos artefactos electrodomsticos tales como mquinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc.

La mayora de los motores monofsicos son motores pequeos de caballaje fraccionario (menos de 1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaos normales de caballaje integral: 1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofsico y aun para servicio de 440 V entre los lmites de 7.5 a 10 hp. Los tamaos especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofsicos de CA.

Figura 6. Esquema de un motor monofsico de induccin y devanado principal y devanado auxiliar.Fuente: Ref. [7]

Figura 7. Ventilador con motor monofsicoFuente: Ref. [8]

6. DISEO METODOLOGICO

La implementacin del control para el arrancador suave y de velocidad en motores elctricos monofsicos requiere de la aplicacin de tcnicas por medio de actividades metodolgicas a ejecutar y lograr resultados ptimos.

Figura 6. Diagrama de bloques del sistema de control general del arrancador suave de motor monofsico.Fuente: Autores.

6.1. Metodologa

6.1.1. Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque, y potencia requeridos por el motor AC monofsico y calcular parmetros para controlar el arranque. Actividad: Recolectar informacin de los valores nominales de funcionamiento del motor monofsico tales como voltaje mximo y mnimo, corriente mximo y mnimo, potencia, torque, velocidad requeridos para su ptimo funcionamiento.

Metodologa: Por medio de datasheet del motor a acondicionar el control de velocidad y aplicando tcnicas de caracterizacin de motores monofsicos.

6.1.2. Diseo general del sistema de control de arranque suave y velocidad para un motor AC monofsico mediante la variacin de voltaje a travs de DSP (dispositivos semiconductores de potencia) controlado por un PIC 16F877.

Actividad: Disear mediante diagramas de bloque los componentes que conforman el sistema de control con un PIC y un sistema de etapa de potencia que permita establecer el diseo de cada etapa del proyecto.

Metodologa: establecer un diagrama de bloques general para identificar cada una de las etapas que conforman el arrancador suave y dada la informacin recolectada se establece los elementos y dispositivos adecuados a los valores nominales de funcionamiento del motor monofsico.

6.1.3. Disear la etapa de potencia estableciendo la topologa del rectificador a emplear y la cantidad de DSP (dispositivos semiconductores de potencia) para su implementacin.

Actividad: Disear el circuito de Potencia y establecer la cantidad, el factor de seguridad ptimo de DSP.

Metodologa: Por medio de tcnicas de diseo establecidas en electrnica de potencia para variar la velocidad la cual permite controlar el motor sin prdida de torque; uso de tcnicas de caracterizacin y anlisis de DSP.

6.1.4. Disear y programar el sistema de control por un PIC 16F877mediante

Actividad: Diseo de lgica de control; simulacin del sistema de control; programacin del PIC 16F877.

Metodologa: Por medio de tcnicas de control lgico establecer el diseo del sistema de control y a travs del simulador Proteus 8 professional implementar simular, corregir y comprobar el correcto funcionamiento del sistema, programacin del PLC con el software Pilz Automation Suite PAS4000

6.1.5. Implementacin y montaje del sistema de control del arrancador suave, realizacin de pruebas y comprobacin del funcionamiento; deteccin de fallas, establecimiento de ajustes necesarios.

Actividad: poner en marcha el sistema de control y de potencia en prototipo diseado para observar el funcionamiento, si se presentan anomalas en las pruebas, se puedan generar soluciones en el instante o cambios en la lgica de control.

Metodologa: se evaluara el arranque y de cambio de velocidad del motor AC monofsico a partir de una variacin en el voltaje proveniente del circuito de control comparndolo con los valores de velocidad requeridos para el proceso de control.

7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Fecha de inicio: 16 de marzo de 2015Tabla 1. Cronograma de actividades.

DURACIN EN MESES

ACTIVIDADESMARZOABRILMAYOJUNIO

Recolectar informacin sobre arrancadores suaves, motores AC y sistemas de control.

Caracterizacin de los elementos a utilizar en el proyecto

Simulacin de etapa de control y de potencia del arrancador suave para un motor AC

Implementacin de la etapa de control y de la etapa de potencia

Pruebas del arrancador suave

Correccin de posibles fallas

Presentacin y sustentacin del arrancador suave para un motor AC

8. BIBLIOGRAFA

[1] http://microcontroladorpic16f877.blogspot.com/2010/08/microncontrolador-pic-16f877.html.[2] http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/74/1/Fundamentos%20de%20Electr%C3%B3nica%20Industrial%20-%20Hern%C3%A1n%20Valencia%20Gall%C3%B3n.pdf.[3] http://informemesdeagosto.blogspot.com/.[4] http://ccpot.galeon.com/enlaces1737112.html.[5] http://www.ab.com/es/epub/catalogs/12768/229240/229262/3073021/10792331/Modos-de-operaci-n.html.[6] http://es.slideshare.net/cesar_ar/chevrotronica-iii-13571698.[7] file:///D:/marce/controlDigital/proyecto/Motores%20Monofasicos-conceptos%20b%C3%A1sicos-MAPC.pdf.[8] http://www.emiltda.com/contenido/capitulo.asp?cap=21.