Arranque De Motor Trifasico Con Plc 4d1xz

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA (Creada por Ley N° 25265)

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA - SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE IGENIERIA ELECTRONICA

TEMA

“ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO CON PLC”

ASIGNATURA

: AUTOMATIZACIÓN DE PLC

DOCENTE

: Ing. MONTAÑÉS RODRÍGUEZ, Emerson

ESTUDIANTES

: MUNGUIA ROCA, David SAENZ PEREZ, Auber Rafael VALENZUELA RAMOS, Jimmy

CICLO

:X

PAMPAS, 13 DE OCTUBRE DE 2017

ÍNDICE CAPITULO I................................................................................................................................. 2 PROBLEMA ................................................................................................................................. 2 1.1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 2

1.2

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .............................................................................. 2

1.3

OBJETIVO ........................................................................................................................ 2

1.4

JUSTIFICACIÓN.............................................................................................................. 2

CAPITULO II ............................................................................................................................... 2 MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 2 2.1

ANTECEDENTES ............................................................................................................ 2

2.2

BASES TEÓRICAS .......................................................................................................... 3

2.2.1

ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS .................................... 3

2.2.2

ARRANQUE DIRECTO DE LA RED ......................................................................... 4

2.2.3

ARRANQUE MEDIANTE DISMINUCIÓN DE LA TENSIÓN EN EL ESTATOR . 5

2.2.4

ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS ............................................... 6

2.2.5

ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR (OBSOLETO) ................................ 7

2.2.6

ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO ................................................................... 8

2.2.7

EL PLC S7-1200 ......................................................................................................... 11

2.3

HIPÓTESIS ..................................................................................................................... 12

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 12

ÍNDICE DE FIGURAS Figura N° 2.2.1.1 curva de intensidad de un motor ......................................................... 3 Figura N° 2.2.1.2 métodos de arranque............................................................................ 3 Figura N° 2.2.2.1 diagrama de arranque directo .............................................................. 4 Figura N° 2.2.3.1 curva de tensiones nominales .............................................................. 5 Figura N° 2.2.4.1 arranque de motor por resistencia. ...................................................... 6 Figura N° 2.2.5.1 diagrama de arranque por autotransformador ..................................... 7 Figura N° 2.2.5.2 curvas de nivel sin y con autotrafo. ..................................................... 8 Figura N° 2.2.6.1 conexión delta estrella ......................................................................... 9 Figura N° 2.2.6.2 curvas de nivel de arranque de estrella – triangulo. .......................... 10 Figura N° 2.2.6.3 diagrama de conexión de estrella – triangulo. ................................... 10 Figura N° 2.2.7.1 descripsion del plc s7-1200. .............................................................. 12

1

CAPITULO I PROBLEMA 1.1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Un motor eléctrico trifásico es usado bastante en industrias, la protección de los equipos y el abastecimiento de energía para las maquinas es primordial debido a que no puede parar el funcionamiento de esos equipos esto perjudicaría económicamente a la empresa. El arranque de motores trifásicos en su momento de arranque consume bastante corriente de 3 a 5 veces de su consumo nominal esto perjudica el funcionamiento óptimo de los demás equipos si no se hace el arranque apropiado.

1.2

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Se podrá mejorar el sistema de arranque del motor eléctrico?

1.3

OBJETIVO ¿mejorar el sistema de arranque del motor eléctrico?

1.4

JUSTIFICACIÓN Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de insuficiencia de la sección de la línea de alimentación. En ocasiones, la caída puede llegar a ser perceptible en los aparatos de alumbrado. Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de motores de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores. !los motores de "jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1

ANTECEDENTES

El primer trabajo corresponde a Narciso Moreno Alfonso (2008) DPTO. INGENIERIA ELECTRICA. UNIVERSIDAD DE SEVILLA quien realizo “Arranque de motores trifásicos. Efectos en la línea de alimentación” en este trabajo se manejaron teorías del instante de la puesta en marcha de un motor trifásico de inducción que puede tener efectos negativos en la línea de alimentación, y en los propios conductores del motor. Esto se debe a la gran sobreintensidad que puede llegar a absorber el motor, capaz de provocar caídas de tensión inisibles o incluso calentamientos peligrosos.

2

2.2

BASES TEÓRICAS 2.2.1 ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS El arranque de un motor asíncrono consiste en su puesta en marcha al conectarlo a la red. Se van a repasar aquí los dos procedimientos de arranque más frecuentes: En Fig. puedes recordar la forma de la curva de intensidad de un motor trifásico asíncrono y observar en ella la elevada corriente en el punto de arranque, donde la velocidad del rotor es 0 (rpm) y el deslizamiento del 100 %.

Figura N° 2.2.1.1

curva de intensidad de un motor

Los sistemas de arranque más habituales para cumplir con el REBT son los siguientes:

Figura N° 2.2.1.2

métodos de arranque

Vamos a desarrollar los métodos de arranque más usados, prescindiendo de los que actualmente están casi obsoletos.

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2.2.2 ARRANQUE DIRECTO DE LA RED Como su propio nombre indica, el motor se conecta directamente a la red de su tensión nominal, y con la conexión adecuada para dicha tensión (estrella o triángulo). En el caso de que su potencia supere 1 (CV), debe de ser un motor cuya relación IA/IN no supere los valores establecidos por el REBT en ITCBT- 47 (IA: corriente de arranque). Puedes ver en Fig. el esquema de un arranque directo. Normalmente el responsable de la conexión entre el motor y la red es un or tripolar de la clase AC3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de mando o control, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba es habitual algún dispositivo de corte para aislar el motor de la red; en este caso es un seccionador. Además de aislar el seccionador incorpora fusibles, para la protección frente a cortocircuitos. El relé térmico es un dispositivo de protección frente a sobrecargas de intensidad, producidas por pares de carga mayores del nominal que originan que el motor funcione a menos velocidad, más deslizamiento y más intensidad Este dispositivo en el caso de detectar una sobrecarga, desconecta la bobina del or y este a su vez, desconecta el motor de la red. Existen también otras alternativas, como el uso de guardamotores, que protegen frente a cortocircuitos y frente a sobrecargas, sustituyendo al seccionador-fusibles y al relé térmico1.

Figura N° 2.2.2.1

diagrama de arranque directo

1

cifp-mantenimiento.es [Internet] [citado martes, octubre 3, 2017]. Disponible en: http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=15&id_sec=6

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2.2.3 ARRANQUE MEDIANTE DISMINUCIÓN DE LA TENSIÓN EN EL ESTATOR Todos los métodos que vamos a ver en este apartado se basan en disminuir la tensión de alimentación durante el arranque, con lo cual disminuye el flujo del campo magnético estatórico y el motor se convierte en un motor más débil. De esta forma se reducen los valores de par y de intensidad, para los mismos valores de velocidad del rotor.

Figura N° 2.2.3.1

curva de tensiones nominales

Puedes observar en la figura como se reduce la intensidad en el arranque (punto de velocidad nula); pero que también disminuye el par, con lo cual estos métodos pueden no servir ante cargas de elevado par de arranque (cargas a las que cuesta arrancar). Se demuestra matemáticamente que las variaciones del par y de la intensidad con la tensión, en el arranque son:

donde:      

V: tensión inferior a la nominal. VN: tensión nominal. MA: par de arranque a la tensión V. MAN: par de arranque la tensión nominal. IA: corriente de arranque a la tensión V. IAN: corriente de arranque la tensión nominal.

Estas ecuaciones quieren decir que la IA disminuye de igual forma que la tensión y MA lo hace de forma cuadrática. 5

2.2.4 ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS Si en el momento del arranque conectamos en serie resistencias, estas producirán una caída de tensión que consigue que la tensión del motor sea inferior a la nominal. Una vez que este se acerca a la velocidad de funcionamiento, las resistencias se cortocircuitan y el motor queda alimentado a tensión nominal. La secuencia de funcionamiento es la siguiente: Se cierra el or KM1, quedando el motor a tensión nominal. Tras un tiempo prefijado, se cierra KM2 cortocircuitando las resistencias.

Figura N° 2.2.4.1

arranque de motor por resistencia.

Ventajas Muy sencillo y barato. Desventajas El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válido ante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy está casi obsoleto.

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2.2.5 ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR (OBSOLETO) En este método la reducción de tensión se realiza mediante un autotransformador. Normalmente durante el proceso de arranque el número de espiras del secundario no se varía, luego la relación de transformación (rt) es constante, aunque puede regularse de cara a un siguiente arranque en función del par resistente de la carga.

Figura N° 2.2.5.1

diagrama de arranque por autotransformador

La secuencia de funcionamiento es la siguiente: Se cierra KM1 y KM2, haciéndose la estrella en el secundario del autotrafo y alimentándose el motor a la tensión del secundario (punto 1). El punto de funcionamiento evoluciona desde 1 hacia 2. Tras un tiempo prefijado, se abre KM2 y se cierra KM3 de forma casi simultánea, conectando el motor a su tensión nominal. El motor pasa del punto 2 al 3. 7

Finalmente se estabiliza en el punto de funcionamiento (4) a su tensión nominal.

Figura N° 2.2.5.2

curvas de nivel sin y con autotrafo.

Ventajas Automatismo muy sencillo. Desventajas El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válido ante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy se utiliza poco. Es más caro debido al precio del autotransformador.

2.2.6 ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO Este arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en triángulo. De esta forma durante el arranque los devanados del estator están a una tensión veces inferiores a la nominal. Supongamos que tenemos un motor de 400/230 y una red de 230 (V). El motor debe sobre esta red, de conectarse en triángulo y sus devanados 8

soportan 230 (V). Fíjate en Fig. donde podemos ver que su corriente de arranque es 15 (A), si se arranca de forma directa en triángulo sobre 230 (V). Pero ¿qué pasa si lo conecto en estrella en la red de 230 (V) y procedemos al arranque? ¿Cuál será su corriente de arranque?

Figura N° 2.2.6.1

conexión delta estrella

Según la figura en conexión estrella sobre una red de 230(V) cada devanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos inducción, el motor es débil y la curva de par presenta valores más bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que el par de arranque se reduce un tercio. Respecto a la corriente de arranque esta también se reduce un tercio; recuerda uno de los “dogmas” del trifásico que estudiaste: “tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente de línea que en estrella, a la misma tensión de red”. La tensión de la red es la misma se arranque el motor en estrella-triángulo o directamente en triángulo, con lo que en estrella la IA es tres veces más pequeña.

La secuencia de funcionamiento es la siguiente: Se cierra KM1 y KM2 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que KM2 cortocircuita X-Y-Z). A continuación, la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2. Transcurrido un pequeño tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 y simultáneamente se cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, V-X, W-Y) con lo cual el motor se conecta en triángulo (salto del punto 2 al 3). Observa el Fig. x que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los realizan los ores (KM2 para la estrella y KM3 para el triángulo). 9

Finalmente, el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de carga.

Figura N° 2.2.6.2

Figura N° 2.2.6.3

curvas de nivel de arranque de estrella – triangulo.

diagrama de conexión de estrella – triangulo.

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Ventajas Automatismo muy sencillo y barato, se utiliza mucho. Menor reducción de par que los métodos anteriores, para la misma limitación de IA. En la tabla X puedes ver una comparación en el caso de que los arranques mediante resistencias y autotrafo se regulen para limitar la IA en . Método de Resistencias arranque -> estatóricas

Autotransformador

Reducción corriente de Regulado a arranque

Estrella-triángulo

Regulado a

Reducción par de arranque

Desventajas

El par y la corriente de arranque disminuyen siempre en de regulación.

, sin posibilidad

Debe utilizarse solo ante cargas de bajo par de arranque. No siempre es posible ejecutarlo porque debemos disponer de una red cuya tensión coincida con la tensión nominal más baja del motor. Para un motor de 400/230 (V), el arranque Y-∆ debe realizarse sobre una red de 230 (V), casi obsoleta hoy en día. Necesitaríamos un motor de 690/400 (V). 2.2.7 EL PLC S7-1200 El Simatic S7-1200 ofrece a los profesionales de la instalación un amplio abanico de características técnicas entre las cuales cabe destacar las siguientes:    

Alta capacidad de procesamiento. Cálculo de 64 bits. Interfaz Ethernet / PROFINET integrado. Entradas analógicas integradas. Bloques de función para control de ejes conforme a PLCopen.

Programación mediante la herramienta de software STEP 7 Basic v13 para la configuración y programación no sólo del S7-1200, sino de manera integrada los es de la gama Simatic Basic s2.

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siemens.com[Internet] [citado jueves, octubre 12, 2017]. Disponible en: http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/controladores_modulares/cont rolador_basico_s71200/pages/s7-1200.aspx

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Figura N° 2.2.7.1

2.3

descripsion del plc s7-1200.

HIPÓTESIS La manera óptima de arrancar el motor trifásico es por el método de arranque estrella -triangulo

BIBLIOGRAFÍA 1 cifp-mantenimiento.es [Internet] [citado martes, octubre 3, 2017]. Disponible en:. . 2 siemens.com[Internet] [citado jueves, octubre 12, 2017]. Disponible en: . http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/controladores_mo dulares/controlador_basico_s71200/pages/s7-1200.aspx.

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ANEXOS

Fotografía N°01 Simulación en estrella conexión del PLC al motor y programa en lenguaje escalera en cadesimu

Fotografía N°02 Simulación en delta pasado los 5 seg de funcionamiento en estrella.

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Fotografía N°03 Realizando las conexiones del PLC al or y motor.

Fotografía N°04 realizando pruebas de continuidad de las conexiones.

Fotografía N°05 Puesta en marcha del arranque del motor. 14