TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas Año del Centenario de la Promulgación de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LÁZARO CÁRDENAS PRACTICA 8. ARRANQUE ESTRELLA – DELTA DE UN MOTOR DE INDUCCION TRIFÁSICO. ALUMNO: MENESES FLORES EDUARDO. PEÑALOZA JAIMEZ ALEJANDRO. BRIONES RIOS MIGUEL ANGEL. CORTES ALONSO LEONARDO. INGENIERIA: ELECTROMECANICA DOCENTE: MUNGUIA TAPIA JOSE ENRIQUE GRUPO: 72E
Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 5 3 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail:
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Cd. Y PUERTO DE LÁZARO CÁRDENAS A 19/05/17 CONTENIDO
Introducción. Objetivos (general y específico). Material a utilizar para realizar la práctica. Marco teórico. Aplicación de la metodología. metodología. Conclusión. Bibliografía.
INTRODUCCION Otro método para reducir la corriente de arranque y la torsión de arranque es mediante el arranque de Y-delta. Cuando se designa un motor trifásico de jaula de ardilla para que funcione normalmente con el devanado del estator conectado en delta, el voltaje por devanado en Y por medios externos al arrancar, se reducirá el voltaje en la fase a es decir a 58% del voltaje de línea. Este es otro método de
√ 3
arranque a tensión reducido que se puede emplear cuando se sacan ambos extremos de cada devanado del estator y se hacen disponibles para la conmutación. De esta forma la corriente de arranque se reduce a un 30% del valor que tendrá en conexión directa, si bien al mismo tiempo, el par de arranque referido a la conexión directa disminuye en la misma proporción, es decir será de 0.6 a0.7 veces e l par de rotación nominal. Además el tiempo que tarda en conmutar de un estado a otro es equivalente a un valor entre 5-7 seg.
OBJETIVOS GENERAL.
Controlar un circuito por medio de PLC a un variador de frecuencias.
OBJETIVO ESPECÍFICO. Controlar
.
MARCO TEORICO ESTACIONES DE BOTONES
Estaciones de botones pulsadores para arranque de un motor. Las estaciones de botones, son cajas de lámina, aluminio, plástico o hierro fundido, donde van alojados los botones pulsadores, para controlar los motores eléctricos. Las estaciones de botones son parte solo del circuito de control, por lo que aquí solo mostrare estos circuitos, aclarando que faltaría el circuito de potencia para completar el arranque de motor. Lo más común es que se utilice una sola estación que contengan un botón de arranque (normalmente abierto) y un botón de paro (normalmente cerrado), las estaciones de botones comunes también pueden alojar hasta 3 botones pulsadores, más de tres buscaríamos cajas de otras dimensiones. Si bien los diagramas siguientes están representados como diagramas lineales, para cumplir con las normas técnicas, he querido resaltar en las estaciones de botones que. 1.
no se hacen uniones de cables encintados y
2.
en cada borne solo van 2 cables
Por lo que su representación también cumple con un diagrama de alambrado.
Imagen 1 Estación de botón de arranque y paro.
CONTACTOR Un contactor electromagnético es un interruptor operado por medio de una bobina.
Figura 5 contactor electromagnético
Se utiliza para conectar y desconectar cargas eléctricas alimentadas con alto voltaje (circuitos de potencia) y que son controladas por un circuito de control en bajo voltaje.
Figura 6 Partes del contactor
Dentro del contactor la bobina montada sobre un núcleo fijo de hierro, al ser alimentada creara un campo magnético, que atraerá al núcleo móvil sobre de él y
aislados eléctricamente se moverán y cerraran los contactos móviles, resortes permiten absorber los esfuerzos mecánicos y evitar los falsos contactos. Su ciclo de funcionamiento “vida útil mecánica” va en el orde n de 6 a 10 millones de
maniobras.
CARACTERÍSTICAS En cuanto a su estructura. Los contactores americanos NEMA son más robustos en
comparación
con
su
similar
europeo
IEC.
De acuerdo a la carga su consumo en amperes, determinaran el tamaño del contactor, un motor más grande que consuma más corriente su contactor será mayor que el de un motor más pequeño.
Tamaño NEMA 00 Corriente 9 AMPERS HP MOTOR a 1.5 220 Vca
0 18
1 27
2 45
3 90
4 135
5 270
6 540
7 810
3
7.5
15
30
50
100
200
300
Para un motor de 5 HP el tamaño NEMA del contactor será de tamaño 1. Las características de funcionamiento del equipo a alimentar determinara el tipo o clase de las aplicaciones. No es lo mismo alimentar máquinas de soldar que motores. Corrientes iniciales de arranque y de trabajo son muy diferentes, debemos recurrir a los catálogos de fabricante para seleccionar la clase en contactores NEMA o categoría en contactores IEC
LOS CONTACTORES TIPO S (standard)
Los contactores magnéticos clase 8502 tipo S se usan para conmutar las cargas de calefacción, capacitores, transformadores y motores eléctricos donde la protección contra sobrecargas se proporciona por separado. Los contactores clase 8502 están disponibles en tamaños NEMA 00 a 7. LOS CONTACTORES DE PROPÓSITOS DEFINIDOS CLASE 8536 8702 8910 8903
APLICACIONES En arrancadores de motores a plena tensión En arrancadores de motores con control reversible Ideales para equipo de refrigeración y calefacción Ideales para equipo de alumbrado
Existen 4 categorías principales IEC. Categoría Aplicación AC-1 Iluminación, calefacción, cargas con factor de potencia mayor igual a 0.95 AC-2 Donde no se requiera arranques con corriente grandes solo 2.5 veces la corriente nominal. Motores síncronos de anillos rasantes AC3 En motores de jaula de ardilla con corriente de arranque de 5 a 7 veces la corriente de nominal AC-4 Donde se requiera cortes bruscos de corriente en servicio intermitente, elevadores, máquinas de impresión, grúas eléctricas. Los voltajes de alimentación tipo y magnitud del circuito de potencia, y el voltaje de alimentación tipo y magnitud que se energizara la bobina también son necesarios en la selección del contactor. Estos Contactos adicionales pueden ser montados en algunos contactores, estos bloques pueden ser de contactos normales o temporizados estos últimos en tres rangos de 0.1 a 3 segundos, de 0.1 a 30 segundos. 10 a 180 segundos.
Figura 7 Bloques de contactos adicionales
RELEVADOR DE SOBRECARGA Consiste en una unidad sensible a la corriente, conectada en lal í ne a a l m o to r , m á s u n me c a n is m o q u e a c tú a p o r m e d i o d e l a u n i d a d , q u e s i r v e p a r a d i r e c t a o i n di re ct am e n t e i n t e r r u m p i r e l c i r c u i t o . E n u n arrancador manual una sobrecarga dispara a una especie de aldaba mecánica que caus a que el arrancador abra sus contactos y descon ecte el moto r de la línea. En los arrancadores magnéticos. Unas o b r e c a r g a a b r e u n j u e g o d e c o n t a c t o s q u e s e e nc u e n t r a n en e l m is mo re le va do r d e so b re ca r ga .Estos contactos son alambrados en serie con la bobina del arrancador en el circuito de control del ar ra nc ad or ma gné ti co . Al ab ri rs e el ci rc ui to de la bobina hace que los contactos del arrancador se abran desconectando así el motor de la línea.
Imagen 11 relevador de sobrecarga
Los relevadores de sobrecarga pueden ser clasificados en térmicos y magnéticos los relevadores de sobrecarga magnéticos reaccionan únicamente a los excesos de corriente y no son a f e c t a d o s p o r l a t e m p e r a t u r a . C o m o s u n o m b r e l o in di ca , e n l os relevadores de sobrecarga térmicos la o p e r a c i ó n d e p e n d e d e l a e l e v a c i ó n d e t e m p e r a t u r a ca us ad a po r la corriente de sobrecarga, la cual hace operar el mecanismo de disparo. Los relevadores térmicos de sobr ecar ga pue den ser subd ividi dos en los tipos de aleación fusible y bimetálicos. El relevador de sobrecarga es el corazón de la protección del motor. Como el fusible de doble elemento, un relevador de sobrecarga tiene características de tiempo inverso en el disparo o apertura, permitiendomantener la conducción durante el periodo d e a c e l e r a c i ó n ( c u a n d o s e d e m a n d a l a c o r r i e n t e d e a rr an qu e) , per o dan do pro tec ción en las peq ueñ assobrecargas de la CCP cuando el motor está operan-do. Contrariamente al fusible, el relevador de sobre-carga puede repetir la operación sin necesidad de ser reemplazado. Debe enfatizarse que el relevador de s o b r e c a r g a n o p r o v e e p r o t e c c i ó n d e c o r t o c i r c u i t o . E st a e s u na función de un equipo protector de sobre corriente, como son los fusibles e interruptorestermo magnéticos.
Imagen 12 tipos de relevadores de sobrecarga
RELÉ TÉRMICO Los relés térmicos son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua. Este dispositivo de protección garantiza:
Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento anómalas.
La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas.
Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas.
Está diseñado para la protección de motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase y diferencias de carga entre fases. Valores estándar: 660 V c.a. para
frecuencias de 50/60 Hz. El aparato incorpora dos contactos auxiliares, para su uso en el circuito de mando. Dispone de un botón regulador-selector de la intensidad de protección. Además, incorpora un botón de prueba (STOP), y otro para RESET. Si el motor sufre una avería y se produce una sobre intensidad, unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladas alrededor de un bimetal), consiguen que una lámina bimetálica, constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatación, se deforme, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se produce el cambio o conmutación de los contactos. El relé térmico actúa en el circuito de mando, con dos contactos auxiliares y en el circuito de potencia, a través de sus tres contactos principales.
Imagen 13 relé térmico acoplado con un c ontactor
OTOR DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA Son un tipo de motor de corriente alterna en la que el rotor, que es el elemento que produce torsión, es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Son las máquinas eléctricas más comúnmente utilizadas, son económicas y más fáciles de mantener comparadas con otras opciones. Una de las alternativas más usadas es el motor de inducción de jaula de ardilla trifásica, el cual consta con dos partes principales: el estator (la parte estacionaria) y el rotor (la parte rotativa). Podemos encontrar dos tipos dependiendo del tipo de rotor: a) Jaula de Ardilla b) Bobinado El estator se hace apilando láminas de acero de ranuras finas altamente permeables dentro de un marco de acero de hierro fundido, haciendo devanados a través de sus ranuras, por lo que cuando una corriente trifásica pasa a través de él se produce un campo magnético giratorio, es te fenómeno es qu e un bucle cargado de corriente está situado en el campo magnético, esto produce una fuerza magnética en el circuito cerrado de acuerdo con la ley de Lorenz y el circuito empezará a rotar. Una forma más simplificada de poder entender este fenómeno es cuando se tienen tres bobinas, de esta forma, sabemos que al pasar corriente por un alambre se produce un campo magnético a su alrededor y al pasar una corriente trifásica, por lo que para estas posiciones es un campo magnético de fuerza uniforme rotativa, de esta forma la velocidad de rotación de un campo magnético es conocida como velocidad de sincronismo (Ns), por lo que una fuerza electromotriz (FEM) será inducida en el circuito cerrado de acuerdo a la ley de Faraday.
Imagen 15 motor de jaula de ardilla
Aplicación de la metodología: PRACTICA. Departamento.
Ingeniería electromecánica. Nombre de la Práctica.
Fecha de la práctica
Arrancador estrella-delta de un motor de inducción trifásico.
05/ octubre/ 2017.
Lugar de la práctica
Laboratorio de Electromecánica.
MATERIALES UTILIZADOS.
1 Estaciones de botones.
1 Fuente de alimentación trifásica 220V 3Φ 3f-4h 15ª, 0-220Vca, 120Vcd.
2 Relé térmico (según capacidad de motor).
Cables para conexión.
1 motor de inducción de jaula de ardilla 3Φ 6 puntas 208Vca 1.2A, ¼ HP.
2 Contactores.
3 Relevadores de 24 VCD.
1 PLC SLC 500 Allen-Bradley
Parte I. Calculo de caída de voltaje.
1. Conectar el circuito de fuerza para el arranque Estrella-Delta.
Figura 2. Circuito de control y fuerza.
Primero conectar el circuito de fuerza para después proceder con la programación del circuito de control tipo escalera para PLC SLC 500 Allen-Bradley, la programación se realizara en el programa RS logix 500 y se necesitara el programa RS Linx, este programa nos servirá para por realizar la interfaz de la PC con el CPU del PLC.
2. Obtener el PLC SLC 500 Allen-Bradley.
Figura 1. PLC SLC 500 Allen-Bradley. 3. El SLC 500 Allen-Bradley, consta de una fuente de alimentacion y 5 tarjetas, en la siguiente figura se ilustrara cada tarjeta y para que sirver cada tarjeta..
Figura 2. Fuente de alimetancion de SLC 500 Allen-Bradley
Como se muestra en la figura 2, esta parte del PLC es la parte de la fuente, la cual es la que le da la alimientacion a tarjeta del CPU. Como se alcanza a apreciar ay una etiqueta la cual nos indica las partes donde va ir alimentado a VCA e igual manera te indica que esa fuente te da 24 Volts de CD.
Figra 3. Tarjeta CPU del PLC SLC 500 Allen-Bradley. En la figura 3, se muestra la tarjeta CPU del PLC SLC 5/04 Allen-Bradley, la cual se observa una llave, esta llave sirve para poner el PLC en “porgramable” “RUN” y “RAM”. Esta tarjeta tiene diferentes tipos de puertos los cuales sirve
para hacer la coneccion de PC a PLC.
Figura 4. Tarjeta “INPUT” de 115 VAC. En la figura 4, se observa la tarjeta de las intradas “input” , en la tarjeta se va a
conectar todos los contacots Na o NC, según como se alla porgramado el circuito de escalera. Esta tarjeta sera alimentada con voltaje de 120 VCA, como se observa el comun de CA ya esta puentiado, lo que nos dice que los contactos NA o NC se conectaran a linea directamente.
4. Oprima el boton de paro y repita varias veces el proceso de arranque-paro. Observe los voltajes en las terminales del estator.
Los voltajes de arranque medidos en el voltimetro de CA se muestran en las figuras 4 y 5. No se lograron apreciar un cambio muy drastico en el arranque.
Figura. 4. Voltaje en estrella 140 VCA.
Figura. 5. Voltaje en delta 240 VCA.
5. Apague la fuente. Calcula el valor promedio del voltaje de arranque y de marcha normal.
6. Calcular la relacion de voltaje promedio de arranque al voltaje promedio a marcha normal.
.
Parte II. Calculo de corriente y torsion de arranque con y sin arrancador Estrella – Delta.
1. Ajuste el dinamómetro a carga máxima. Desmonte el volante de inercia.
Figura 6. Dinamómetro acomplado.
2. Oprima el botón de arranque y mide la torsión de arranque y las tres corrientes de linea.
. ∗
3. Calcule la corriente de linea promedio para el arranque en Estrella.
= 4. Calcule la torsión por ampere de la linea dividiendo la torsion de arranque entre la corriente promedio de linea.
. . ∗ 5. Quite los cables de conexión de los contactos “principal” para no energizar el escalón de la estrella, lo que constituye una medida de seguridad cuando se arranca el motor en la configuracion delta.
6. Ajuste el retraso de tiempo a 0 segundos.
7. Oprima el botón de arranque y mida la torsion de arranque y las tres corrientes de linea.
∗ . . .
8. Calcule la corriente promedio de linea para el arranque en delta.
= 9. Calcule la torsion por ampere de linea dividi
. ∗
10. endo la torsion de arranque entre la corriente de linea promedio.
. ∗ 10. Calcula en porcentaje la reduccion de la torsion cuando se usa arranque en Estrella – Delta.
% (−. ) .% Aumento el porcentaje del arranque Estrella al arranque en Delta en un 28%
11. Calcula en porcentaje la reduccion en la corriente de linea de arranque cuando se usa arranque Estrella – Delta.
% ( − ) .% El porcentaje aumento del arranque en Estrella al arranque en Delta en un 44 %.
Generar una gráfica (curvas) que muestre las caracteristicas de par/corriente de arranque, entre los arranques; tension plena, resistencia primaria, autotransformador y Estrella – Delta.
Con el graficador online ChartGo se tiene la grafica 1 comparativa de par/corriente a continuacion.
Figura 1. Tabla comparativa de arranques.
Conclusion. En la presente práctica de laboratorio pudimos observar que solo es posible utulizar este método de arranque en motores en lo que las dos extremidades de cada uno de los tres devanados estatóricos estén conectados en la placa de bornes. Tambien pudimos observar el comportamiento en estrella, donde las tensiones qie soportan las bobinas son las de fase-neutro y estas son menores que las de fase a fase, aquí la corriente que circula por los devanados del motor es menor, por lo tanto tambien la potencia es menor y al ser la potencia menor se pierde par en el motor de induccion, en esta configuracion el motor tiende a consumir menos intensidad lo que hace ideal en este tipo de conexión para el arranque en plena carga, donde como sabemos el consumo es considerable, mientras que en delta las tensiones soprtadas por las bobinas son las de las fases, en este regimen permanente se puede desarrollar toda la potencia del motor a la intensidad nominal, según las especificaciones tecnicas de operación, cuando el motor adquiere el 80 % de su velocidad podrá pasarse a la conexión delta, en esta condicionpermite desarrollar mas potencia pero como consecuencia este consume mucha mas corriente.
BIBLIOGRAFÍA https://electrodinamometroujap.blogia.com/ http://coparoman.blogspot.mx/2013/07/transformador-de-control.html https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/19791927/Como-funciona-unrelevo-termico.html http://coparoman.blogspot.mx/2014/03/estaciones-de-botones-pulsadorespara.html http://coparoman.blogspot.mx/2015/07/contactor-electromagnetico.html http://faradayos.blogspot.mx/2015/01/conexion-de-transformador-monofasicodevanados-serie-paralelo.html http://mrelbernitutoriales.com/el-transformador/ http://www.monografias.com/trabajos91/motor-electrico-trifasico/motor-electricotrifasico.shtml
