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
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.
Des
crip
ción
del
equ
ipo
“JA
IVER
”
R S T
B.P.
MAIN
BYPASS1
BYPASS2
ATV ATS DANF
ATV ATS DANFOSS
AT_SEL
MOTOR1
MOTOR2
MOTOR3
U1 V1 W1 U2 V2 W2 U3 V3 W3
V
V
A
A A
R S T
U1 V1 W1
V
A
Alimentación trifásica
Disyuntor o Breaker
Contactor
Fusibles principalesFusibles
secundariosGuardamotor
Medición de voltaje
Medición de corrienteSalida al
motor
SIMBOLOGÍA
Controlador lógico programable SIEMENS SIMATIC S7-3001. Fuente de poder SITOP2. Módulo central CPU 312C3. Módulos de señales4. Cable para conectar una unidad de programación
PG
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
Software de programación STEP7 Lenguajes de programación
KOP, diagrama eléctrico, contactos y bobinasFUP, bloques de funciones lógicasAWL, comandos de texto
Configuración del Hardware Definición de lugar en el bastidor Direccionamiento de entradas y salidas
Programación simbólica Dirección absoluta
Tipo: (I, Q, M, T) Byte: Grupo Bit: Indice (0-7)
Símbolo: nombre asignado
Conexión de E/S del S7-3001
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Q2.0 DA18
CPU312C
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1.0
1.1DI ▲DO▼
1L+
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1M
Q2.1 DA19
Q2.2 DA27
Q2.3 DA29
Q2.4 DA32
Q2.5 DA33
+24V DA12
0V DA20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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15
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18
19
20
SM321
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
I0.0 ON_OFF
I0.1 AUTO
I0.2 AT_SEL
I0.3 DANF_SEL
I0.4 FIN_RAMPAATS48 R2A
I0.5 MA1
I1.0 PA1
I0.6 MA2
I0.7 MA3
I1.1 PA2
I1.2 PA3
I1.3 VFUNC ATV31 R1A
L+
24V SITOPL+M
ATS48 R2C
ATV31 R1C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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16
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19
20
SM322
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
S T
24V SITOP
Q0.0 RUN_ATS
Q0.1 STOP_ATS
Q0.2 LI1_ATV
Q0.3 LI2_ATV
Q0.4 LI3_ATV
Q0.5 LI4_ATV
Q0.6 LI5_ATV
Q0.7 LI6_ATV
L+
Q1.0 ATS
Q1.1 ATV
Q1.2 DANF
Q1.3 MOTOR1
Q1.4 MOTOR2
Q1.5 MOTOR3
Q1.6 BYPASS1
Q1.7 BYPASS2
M
1L1
2L1
ATV31 CLI
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
Freno por corrientes de EDDYTERCO MV 1045 Disco conductivo Electroimán Ejes independientes Galga
extensiométrica Tacogenerador
Módulo de control y monitoreo TERCO MV1045
Adquisición de datos por medio de
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
Circuitos de acondicionamiento
Corriente Voltaje Torque Velocidad
Elementos de un instrumento virtual (VI)Programación gráfica Panel frontal
Conjunto de controles e indicadores
Diagrama de bloquesCódigo del programa
Arrancadores SuavesEfectos 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
Esquema funcional
Tarjetas electrónicas del ATS48
Aceleración con Sistema de Control del Torque
Curvas de arranque
100%
200%
300%
0% 20% 40% 60% 80%
Plena TensiónRampa de TorqueTorque de carga
CURVA CARACTERISITCA VELOCIDAD - TORQUE
0%100%
100%VELOCIDAD DEL MOTOR
CURVA CARACTERISTICA VELOCIDAD - CORRIENTE
0%
200%
400%
600%
0% 30% 40% 60% 80%
Plena TensiónRampa de Torque
Torque deAceleración
Constante
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)
Parámetros Básicos
Parámetro Valor MenúIn 7.0 A Set
ACC 15 s Set
Sty F, rueda libre Set
LI3 LIS, 2º par. IO
AO Otr, par del motor IO
Visualiza estado SUP
Conexión al PC Software Power Suite
ParametrizarControlarVisualizar
Variadores de frecuencia Transforman el voltaje de entrada de frecuencia
fija (60 Hz) a frecuencia variable Controla la velocidad de motores de corriente
alterna
Estructura de un variador de frecuencia Rectificador
Monofásico Trifásico
Circuito intermedio Inductor Capacitor Troceador
Inversor Controlador
PAM PWM PWM asíncrono
SFAVM 60º AVM
Circuito intermedio y de fuerza del variador Altivar 31
EUPEC FB15R06KL4_B1
Características del ATV31HU15M2 Entrada: 200..240 V, 50/60 Hz,
monofásico Salida: 200..240V, 8 A, 1.5 kW 2 HP,
trifásicoPanel frontal (ENT, ESC, ▲▼, Display)Borneras
Control (6 LI, 2 RO, 3 AI, 2 AO) Potencia (R S, U V W, PO PC, PA PB)
Parámetros Básicos Altivar 31Parámetro Valor Menú
nCr 7.0 A dRC
UnS 220 V dRC
ACC 5 s SEt
dEC 5s SEt
LSP 5 Hz SEt
HSP 60 Hz SEt
tCC 3C, control 3 hilos I-O
rrS LI3 I-O
PSS Vel. Preselec. FUN
Visualiza estado SUP
Conexión al PC Software Power Suite
ParametrizarControlarVisualizar
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+)
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 Carga/Motor
01-23 Frecuencia 50 Hz Carga/Motor
01-24 Intensidad 6.95 A Carga/Motor
01-25 Velocidad 1420 rpm Carga/Motor
05-12 Terminal 27 Parada E/S digital
03-02 Ref. min 0 rpm Referencias/Rampas
03-03Ref. Máx 1800 rpm Referencias/Rampas
03-41 Rampa acel 5 s Referencias/Rampas
03-42 Rampa decel 5 s Referencias/Rampas
03-13 Lugar ref Conex. A manual/auto
Referencias/Rampas
Control de Lógica Inteligente (SLC) Comparadores Temporizadores Reglas lógicas Estados
EventoAcción
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
(Hz)
(s) 20 40 60 80 100
Conclusiones1. 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.
2. 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.
3. 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.
Conclusiones4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
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.