7/23/2019 SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO
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ANTEPROYECTO
SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y
VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO
PRESENTADO POR:
MARCELA REATIGA ALAREZ
CODIGO: 1090352
JHOAN RODRIGUEZ GONZALEZ
CODIGO: 1090269
FACULTAD DE INGENERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
INGENIERIA ELECTROMECÁNICAUNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
CUCUTA 2015
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ANTEPROYECTO
SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y
VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO
PRESENTADO A:
ING. SERGIO CASTRO
PRESENTADO POR:
MARCELA REATIGA ALAREZ
CODIGO: 1090352
JHOAN RODRIGUEZ GONZALEZ
CODIGO: 1090269
FACULTAD DE INGENERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
INGENIERIA ELECTROMECÁNICAUNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
CUCUTA 2015
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Es muy común 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 presenta picos altos deenergía que se generan al momento de romper la inercia del motor, esto ocurre al tratar de
llegar inmediatamente al voltaje de operación requerido. De este modo, se evita el esfuerzomecánico y las bajas de tensión en la línea. La tensión del motor se reduce por medio un
control, el cual se implementara con un PIC y así poder controlar el sistema de potencia por
medio de programación. Se tendrá en cuenta la elevación de la tensión en la línea dealimentación dentro del tiempo de arranque predeterminado. El fin del arrancador suave de
motor AC monofásico es crear un esfuerzo mínimo en los dispositivos conectados (carga) y
asegurar una operación de producción suave.
1.1.FORMULACION DEL PROBLEMA
¿Cómo mejorar el control de arranque y velocidad de un motor AC monofásico por
medio de voltaje a través de la programación de un PIC 16F877 por asembler MPLAP
apoyado en el programa de simulación Proteus 8 professional?
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2. JUSTIFICACIÓN
La modernización y actualización tecnológica es una etapa de desarrollo en el sector
industrial, por esta razón es necesario la implementación de métodos que mejoren la calidady permitan la conservación de los motores. Es común encontrarse con la necesidad de
controlar el arranque en los motores monofásicos debido a que presentan una sola fase dealimentación, no poseen un campo giratorio sino que tienen un campo magnético pulsante,
para la cual se hace difícil de que exista un torque en el arranque, por lo que necesita de otros
dispositivos extras para iniciar el movimiento de la máquina. Para que el motor no presente
picos altos de energía ni desgaste a largo plazo se implementara un sistema de control lazocerrado el cual nos va permitir controlar el arranque y la velocidad del motor y así obtener el
funcionamiento adecuado.
Los motores eléctricos monofásicos son una alternativa para el uso doméstico, ya que su
aplicación se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen loselectrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora,
aspiradora, etc.
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3. LIMITACIONES Y DELIMITACIONES
En la ejecución de este proyecto se presentan limitaciones y delimitaciones mencionadas a
continuación.
3.1.LIMITACIONES
El sistema se diseñó para controlar el arranque y velocidad de un motor AC
monofásico a 120 voltios a 60 Hz.
El uso de los dispositivos, como el sensor de velocidad y semiconductores de potencia
(DSP) disponibles y accesibles en el mercado en la ciudad San José de Cúcuta.
En el plan de trabajo a realizar se plantea el diseño y el cálculo eficiente para controlar
el arranque y velocidad de un motor monofásico con limitación 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 electrónica de la universidad francisco de paula Santander con una
duración de 11 semanas presentando la semana final de clases de la asignatura controldigital.
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4. OBJETIVOS
Los objetivos a planteados a alcanzar con la ejecución son la base de poder establecer loslogros, metas y resultados alcanzados con la implementación del sistema.
4.1.OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un sistema de control digital para el arranque y velocidad de un
motor AC monofásico.
4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Recolectar la información correspondiente al diseño e implementación de estrategiasde control digital aplicado a motores AC monofásicos para obtener los valores
promedios de la variable a controlar.
Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque y potencia
requeridos por el motor AC monofásico y calcular los parámetros para controlar el
arranque.
Diseñar el algoritmo para el sistema de control digital y la etapa de potencia, con sus
respectivas simulaciones para encontrar las constantes de control.
Pruebas y evaluación del sistema de control digital para el arranque y velocidad del
motor AC monofásico.
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5. MARCO TEORICO
Este marco teórico consigna la información necesaria de algunos elementos y ciertos
materiales que utilizaremos en la implementación 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
Microchip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877 posee varias
características que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en el control de sistema de potencia y poder así controlar el
arranque y velocidad del motor.
Figura 1. Dispositivo y configuración 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 elementointerruptor o regulador de corriente eléctrica en circuitos de corriente alterna.
En la práctica, los TRIAC, se utilizan para regular la velocidad del motor monofásico(universal) también es muy utilizado en diversos electrodomésticos. Pero en cargas
industriales importantes no se utiliza ya que la magnitud de las corrientes de compuerta
para obtener idénticos voltajes de ruptura (VR) es diferente. Lo anterior indica que el
dispositivo es bidireccional, pero no simétrico; este es uno de los problemas inherentesal TRIAC.Fuente: Ref. [2]
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Figura 2. Símbolo y conexión del TRIAC.Fuente: Ref. [3]
El circuito de potencia con el cual se controla el tiempo que cada tiristor estará en conducción
debido a que sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus
terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor.
De esta forma se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar
la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume.
Figura 3. Circuito de potencia.Fuente: Ref. [4]
Se aplica al motor un valor de par inicial, el cual se puede ajustar. Desde el nivel de par
inicial, el voltaje de salida al motor aumenta (en rampa) durante el tiempo de rampa deaceleración. Un valor límite de corriente ajustable por el usuario también está disponible.
Esto limita la corriente consumida durante el arranque suave.
Figura 4.Arranque suave (rampa)Fuente: Ref. [5]
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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 monofásico AC
En todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro
monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de
coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc.
La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “caballaje fraccionario”
(menos de 1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral:
1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para
servicio de 440 V entre los límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integralvan desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores
de serie monofásicos de CA.
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Figura 6. Esquema de un motor monofásico de inducción y devanado principal y devanado
auxiliar.
Fuente: Ref. [7]
6. DISEÑO METODOLOGICO
La implementación del control para el arrancador suave y de velocidad en motores eléctricos
monofásicos requiere de la aplicación de técnicas por medio de actividades metodológicas
a ejecutar y lograr resultados óptimos.
Figura 6. Diagrama de bloques del sistema de control general del arrancador suave de
motor monofásico.
Fuente: Autores.
6.1. Metodología
6.1.1. Recolectar la información correspondiente al diseño e implementación
de estrategias de control digital aplicado a motores AC monofásicos
para obtener los valores promedios de la variable a controlar.
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Actividad: Recolectar información suficiente para establecer el diseño y las
estrategias de control digital aplicada a los motores AC monofásicos.
Metodología: Por medio de consultas e información sobre control digital aplicado
en motores AC monofásicos.
6.1.2. Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque,
y potencia requeridos por el motor AC monofásico y calcular
parámetros para controlar el arranque.
Actividad: Recolectar información de los valores nominales de funcionamiento del
motor monofásico tales como voltaje máximo y mínimo, corriente máximo y
mínimo, potencia, torque, velocidad requeridos para su óptimo funcionamiento.
Metodología: Por medio de datasheet del motor a acondicionar el control develocidad y aplicando técnicas de caracterización de motores monofásicos.
6.1.3. Diseñar el algoritmo para el sistema de control digital y la etapa de
potencia, con sus respectivas simulaciones para encontrar las
constantes de control.
Actividad: Diseñar mediante diagramas de bloque los componentes que conforman
el sistema de control y el circuito de Potencia, con los análisis y simulaciones para
encontrar las variables de control.
Metodología: Establecer un diagrama de bloques general para identificar cada una
de las etapas que conforman el arrancador suave y dada la información recolectada
se establece los elementos y dispositivos adecuados a los valores nominales de
funcionamiento del motor monofásico.
6.1.4. Pruebas y evaluación del sistema de control digital para el arranque y
velocidad de un motor AC monofásico.
Actividad: poner en marcha el sistema de control y de potencia en prototipo diseñado para observar el funcionamiento, si se presentan anomalías en las pruebas, se puedan
generar soluciones en el instante o cambios en la lógica de control.
Metodología: se evaluara el arranque y de cambio de velocidad del motor AC
monofásico a partir de una variación en el voltaje proveniente del circuito de control
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digital comparándolo con los valores de velocidad requeridos para el proceso de
control.
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7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Fecha de inicio: 16 de marzo de 2015
Tabla 1. Cronograma de actividades.
DURACIÓN EN MESESACTIVIDADES MARZO ABRIL MAYO JUNIO
Recolectar información
sobre arrancadores
suaves, motores AC y
sistemas de control.
Caracterización de los
elementos a utilizar enel proyecto
Simulación de etapa de
control y de potencia
del arrancador suave para un motor AC
Implementación de laetapa de control y de la
etapa de potencia
Pruebas del arrancador
suave
Corrección de posiblesfallas
Presentación y
sustentación del
arrancador suave paraun motor AC
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8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
[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.