UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: SEPTIEMBRE/2013 ENERO/2014

I. PORTADAUNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFacultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e IndustrialInforme de Prcticas de Electrnica de Potencia

Titulo: Diseo simulacin e implementacin de un circuito temporizado Arranque Estrella-Triangulo

Carrera:Ingeniera Electrnica y Comunicaciones

rea Acadmica:Fsica y Electrnica

Lnea de Investigacin:Sistemas Electrnicos

Ciclo Acadmico y paralelo:Septimo Electrnica A;

Septiembre 2014 - Febrero 2015

Alumnos participantes:Chiliquinga JavierChipugsi Oscar Rojas Mario

Mdulo y Docente:Control Industrial y PLCs Ing. Edwin Morales

II. Desarrollo1. PP2. YY2.1 Ttulo

Diseo simulacin e implementacin de un circuito temporizado Arranque Estrella-Triangulo

2.2 Objetivos2.2.1 Objetivo general

Disear, simular e implementar un circuito temporizado arranque estrella triangulo 2.2.2 Objetivo especficos

Disear los circuitos establecidos tanto de control como de potencia y pasarlos a un software de simulacin para comprobar su trabajo y funcionalidad. Implementar los circuitos de control tomando en cuenta todos los elementos que intervienen en su diseo para manejar los motores. Realizar las conexiones de energizacin adecuadas en la parte de potencia de los circuitos implementados para ponerlos en marcha.

2.3 Resumen

Se ha diseado un circuito de arranque estrella triangulo temporizado para un motor trifsico para disminuir los picos de voltaje y corriente en el arranque del motor.

2.4 Palabras clave:

Temporizadores, Contactores, Bobinas, On- delay, Fase, Contacto normalmente abierto, Contacto normalmente cerrado, Arranque, Estrella, Triangulo

2.5 Introduccin

El principal problema con el arranque de los motores son los valores de corriente y voltaje pico que sobrepasan los valores que puede soportar el motor por lo cual este tipo de arranque estrella triangulo soluciona parte de ese problema puesto que el voltaje aplicado al motor se reduce al 58% del voltaje nominal pero solo funciona con motores que disponen de sus 6 terminales de fase al exterior adems que su corriente de arranque se ve reducida 1/3 del valor que alcanzara en arranque directo.La secuencia de arranque comienza en configuracin estrella generando una tensin en cada una de las bobinas del estator veces menor que la nominal una vez pase 3s en el temporizador se desconecta el acoplamiento en estrella para realizar la conmutacin a la configuracin triangulo momento en el cual el motor opera en condiciones nominales y en este punto de trabajo se puede realizar el cambio de giro del motor.

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2.6 Materiales y Metodologa

2.6.1 Materiales

Arranque temporizado estrella triangulo con cambio de giro

1 pulsador NC 1 pulsador NA 3 contactores 1 temporizador on delay Contactos NC Contactos NA Cable de conexin 1 Motor Pinza Multmetro Fuente de conexin

2.6.2 Marco Terico

Conexin De Un Motor Trifsico En Estrella-Tringulo

La conexin en estrella y tringulo en un circuito para un motor trifsico, se emplea para lograr un rendimiento ptimo en el arranque de un motor. Por ejemplo, si tenemos un motor trifsico, y este es utilizado para la puesta en marcha de turbinas de ventilacin que tienen demasiado peso, pero deben desarrollar una rotacin final de alta velocidad, deberemos conectar ese motor trifsico con un circuito que nos permita cumplir con los requerimientos de trabajo. Hemos observado, que los motores que poseen mucha carga mecnica, como el ejemplo anterior, les cuesta comenzar a cargar y girar y terminar de desarrollar su velocidad final. Para ello, se cuenta con la conexin estrella-tringulo o estrella-delta.[1]Caractersticas y proceso del arranqueLa caracterstica principal para ejecutar el arranque de un motor en configuracin estrella-triangulo es que cada una de las bobinas sea independiente y sus extremos sean accesibles desde la placa del motor.La secuencia de arranque comienza en configuracin estrella, generando una tensin en cada una de las bobinas del estator veces menor que la nominal con una reduccin proporcional de la corriente nominal (In).Este arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en tringulo.Una vez que el motor alcanza entre el 70 u 80 % de la velocidad nominal se desconecta el acoplamiento en estrella para realizar la conmutacin a configuracin triangulo, momento a partir del cual el motor opera en condicin nominales, sometido a una intensidad pico de muy poca duracin, la cual no alcanza el valor pico de 2,5 In, que alcanzara si se ejecutara el arranque directo. Sin embargo, este aspecto carece de importacin en la mayora de los casos, ya que la velocidad nominal se alcanza en pocos segundos.La conmutacin estrella triangulo debe realizarse al alcanzar ente un 70 u 80 % de la velocidad nominal, ya que de producirse antes, la intensidad pico alcanzara valores muy elevados, provocando la parada del motor y con gran probabilidad de daado del devanado del mismo.En la prctica, el tiempo de conmutacin est sujeto al par acelerador y a la inercia de las partes con las siguientes limitaciones: El rel trmico no tolera tiempos prologados, tpicamente un mximo de 30 segundos. El motor tiene un lmite de calentamiento.De esta forma durante el arranque los devanados del estator estn a una tensin veces inferior 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 tringulo y sus devanados soportan 230 (V). En la Img.1 se ve que su corriente de arranque es 15 (A), si se arranca de forma directa en tringulo sobre 230 (V). Segn la figura en conexin estrella sobre una red de 230(V) cada devanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos induccin, el motor es dbil y la curva de par presenta valores ms bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que el par de arranque se reduce un tercio. [2]

Img. 1 Conexin triangulo y estrella Tres impedancias en tringulo consumen el triple de corriente de lnea que en estrella, a la misma tensin de red. La tensin de la red es la misma se arranque el motor en estrella-tringulo o directamente en tringulo, con lo que en estrella la IA es tres veces ms pequea.[2]

Conexin estrella: Consiste en unir los finales (U2-V2-W2) de las tres bobinas del estator alimentando solamente los principios (U1-V1-W1) con las tres fases (R-S-T), de manera que cada bobina recibir una tensin equivalente a la tensin de fase.La caracterstica principal para ejecutar el arranque de un motor en estrella-delta es que cada una de las bobinas sea independiente y sus extremos sean accesibles desde la placa del motor.El arranque comienza en estrella, generando una tensin en cada bobina del estator 3 veces menor que la nominal, con una reduccin de la In.Una vez que el motor alcanza entre el 70 y 80% de la velocidad nominal, se desconecta la parte estrella para conmutar a la configuracin delta, en este momento el motor opera en condiciones nominales, sometido a una intensidad pico de muy poca duracin, la que no llega al valor pico de 2.5 In, la que se alcanzara si se ejecutara el arranque directo.[3]

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img. 2 Conexin estrella.

Conexin trianguloConsiste en unir el principio de una bobina con el final de la siguiente (U1-W2, V1-U2, W1-V2), energizando con las tres fases (R-S-T) los tres puntos de unin que se obtienen, de tal manera que cada una de las tres bobinas o grupos de bobinas del motor recibir permanentemente una tensin equivalente a la tensin de lnea o tensin entre fases. [4]img. 2 Conexin Tringulo.

DISEO ARRANQUE DE MOTOR EN ESTRELLA TRIANGULO Para el arranque estrella tringulo. Primero entra en estrella, las bobinas se ponen en serie, se cierra KM1 y KM2 conectndose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1 (KM2 cortocircuita X-Y-Z). A continuacin la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2. Transcurrido un pequeo tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 y simultneamente se cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, V-X, W-Y) con lo cual el motor se conecta en tringulo (salto del punto 2 al 3. Los contactares (KM2 para la estrella y KM3 para el tringulo). La intensidad es menor, y un vez que ya est en marcha con un temporizador desconectar estrella y entrar en tringulo que es la potencia mxima. Con la inercia de haber estado en funcionamiento en estrella el motor no sufrir de golpe excesivo de amperaje para arrancar. [2]

img. 3 Esquema de potencia de conexin arranque estrella-triangulo.

DISPOSITIVO ON-DELAYimg. 4 Giro de Motor

Si traducimos al espaol ON DELAY, significara retardo en encendido, pues es as como trabaja este dispositivo, empezando a trabajar una vez que la bobina del contactor haya sido energizada. Es desde este momento que el temporizador comienza a contar hasta el tiempo prefijado por el ajuste de la perilla que se encuentra en la parte superior del mismo, creando un retardo, que al finalizar cerrar su contacto normalmente abierto y abrir el normalmente cerrado, hasta que la bobina del contactor se encuentre energizada. Este dispositivo permite activar o desactivas algn actuador luego de un periodo de tiempo preestablecido, permitiendo al circuito realizar alguna tarea antes de esta accin.

img. 5 Temporizador On Delay

CARACTERISTICAS Retornan a la posicin de reposo cuando se desactiva la bobina Los contactos cambian de posicin pasado el tiempo prefijado Los contactos instantneos cambian de posicin con la alimentacin de la bobina

FUNCIONAMIENTOEn un temporizador al trabajo los contactos temporizados cambian de posicin pasado un tiempo, determinado previamente, y vuelven a la posicin de reposo cuando la bobina se desactiva.Los contactos instantneos cambian de posicin con la alimentacin de la bobina como en un rel normal.

2.6.3 DIAGRAMAS Y ESQUEMAS

ARRANQUE DEL MOTOR TRINGULO ESTRELLA

Img. 5 Esquema arranque estrella-triangulo.

Funcionamiento:El circuto de control esta dispuesto de esta manera tiene un pulsador P2 el cual acciona KM1 que a su vez acciona el temporizador KA y el cual tiene un contacto axuliar que acciona KM2 donde el contactor KM1 y KM2 estan asociados con el arranque estrella luego de que el temporizador KA cumpla un tiempo este contacto auxiliar se abrira y el otro contacto auxiliar se cerrara haciendo el contacor KM3 conduzca y junto a KM1 haran q el motor cambie a la conexin triangulo completando con el objetivo del diseo. 2.7 Resultados y Discusin

Como resultados de la prctica realizada se ha adquirido y reforzado los conocimientos sobre el mdulo de electrnica de potencia, la prctica se bas sobre Arranque estrella-triangulo temporizado, encendido con temporizador on-delay . Teniendo en cuenta que el arranque estrella triangulo o delta triangulo es uno de los sistemas de arranque de motores trifsicos, que pertenece al grupo de los de tensin reducida, consiste en aplicar al motor en el momento del arranque una tensin ms reducida que en su funcionamiento normal.El mtodo de esta conmutacin es mediante contactores el cual consiste en cambiar el cableado de las bobinas en estrella del motor llevndolo de una conexin. El sistema de arranque consta de 1 contactor general como apagado, un timer que regula el tiempo durante el cual el motor se mantiene en conexin estrella y pasa a triangulo y 2 contactores de maniobra que son los que cambian la conduccin de las bobinas del motor para la inversin de giro.Toda esta configuracin sirve para regular los arranques bruscos de intensidad y voltaje a sus valores nominales, puesto que los valores de arranque pueden llegar a ser de 5 a 10 veces mayores a los valores nominales, y como resultado de esta problemtica y para mantener la vida til de motor se ha desarrollado esta configuracin de arranque.En la prctica se debe tomar mucho en cuenta cuantos contactos auxiliares tiene cada contactor y cuantos se necesita segn el diseo pues como resulto necesario en la prctica se debi colocar en paralelo otro contactor para tener ms contactos a disposicin.

2.8 Conclusiones Se concluye que las simulaciones son de gran ayuda e importancia para conocer el trabajo instantneo y simultaneo de cada elemento interventor. Se conoci que cuando el arranque est en la configuracin estrella el motor trifsico trabaja a una intensidad menor, y un vez que ya est en marcha con un temporizador desconecta estrella y entrar en tringulo con una potencia mxima. Se concluye que es muy necesario hacer este tipo de arranques para eliminar los picos bruscos de corriente y voltaje y para mantener la vida til del motor. Se conoci que en estrella las bobinas cortocircuitan X Y Z, y en la conmutacin a triangulo el contactor cortocircuita U-Z, V-X, W-Y.

2.9 Referencias bibliogrficas

[1] Angulo P,Control Industrial ,Escuela Politcnica Nacional,2002, Unidad 7, pg. 6

[2] Roger Folch, J., Riera Guasp, M., Pineda Snchez, M., Prez Cruz, J. Prcticas de Laboratorio de Tecnologa Elctrica. UPV. 2011.

[3] J.M. Merino Azcarraga. Arranque Industrial de motores asncronos, Mc Grau Hill. 1995.

[4] Muhammad Rashid (2004).Electrnica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones. Mxico: Pearson Education.

[5] Ned Mohan., Tore Undeland., William Robbins (2009). Electrnica de Potencia Convertidores, Aplicaciones y Diseo. Mxico: Mc Graw Hill.

2.10. Fotografas y grficos

img. 6 Implementacin arranque temporizado estrella triangulo