Lab Inversor de giro para motor trifásico PDF

Preview

Summary

Download Lab Inversor de giro para motor trifásico PDF

Description

Inversor de giro para motor trifásico con secuenciador electrónico. Johan Sebastián López Sicua 20131007108, Juan José Burgos Calvache 20131007022, Juan Monterrosa Sánchez 20131007 Proyecto curricular, Ingeniería Eléctrica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Bogotá DC, Colombia - 22/ Noviembre / 2014 [email protected](20131007108) [email protected](20131007022)

RESUMEN. El propósito fundamental de éste documento es dar a conocer de manera detallada el funcionamiento de un circuito inversor de giro para un motor trifásico, acoplado a un montaje electrónico que sirve de secuenciador para la alternancia de las señales, para la inversión de giro del rotor del motor, de acuerdo a las necesidades que se tengas y su uso. Además, se dará una explicación breve de cada elemento material usado durante ésta práctica de laboratorio, como también los fundamentos teóricos usados para éste propósito. Abstract. The main purpose of this paper is to present in detail the operation of an inverter circuit for a three phase motor rotation, coupled to an electronic assembly that serves sequencer for alternating signals for reverse rotation rotor motor according to the needs you have and use it. Also, give a brief explanation of each material element used in this lab, as well as the theoretical foundations used for this purpose. I. INTRODUCCIÓN El desarrollo de este informe tiene en primera instancia mostrar al lector el desarrollo teórico y

práctico en el montaje de un inversor de giro para un motor trifásico, los materiales usados y la teoría aplicada a éste mismo. Al ser un montaje tan práctico, tiene variedad de aplicaciones en el ámbito industrial principalmente, que con un acople adecuado y una configuración adicional, podría funcionar desde algo sencillo como una línea de producción que requiera, por ejemplo, un llenado de líquidos en botellas en diferentes tiempos y diferentes direcciones; hasta algo más complejo como servir de controlador en un sistema tipo ascensor.

II. PALABRAS CLAVES. Motor trifásico, corriente alterna, voltaje, fase, rotor, estator, relevo, secuenciador electrónico. III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS A. MOTOR TRIFÁSICO. Un motor trifásico de inducción funciona a partir de la alternancia de las corrientes a partir de voltajes sinusoidales que se conectan a las tres bobinas repartidas en el estator del motor. Éstas bobinas se reparten en un tipo de triángulo con ángulos iguales entre ellas, y a cada uno de éstas bobinas se conecta una fase de la corriente AC. Como las corrientes AC están desfasadas 120° entre ellas, los campos magnéticos

generados por las bobinas al paso de ésta corriente, también estarán desfasados 120°. Los tres campos magnéticos en cualquier instante de la alternancia, formarán un solo campo magnético resultante, que va a girar acorde a los cambios en la intensidad de la corriente para cada una de las fases, y así, se producirá el giro del rotor del motor [1].

Según quien sea que lo fabrique, lo podemos encontrar marcado con una designación tal como LM555, NE555, LC555, MC1455, MC1555, SE555, CA555, XR-555, RC555, RM555, SN72555 [2].

Fig 2. Configuración de pines de un 555. [http://electronicaelectronics.com/info/555/555_files/555-TimerIC-Pin-Configuration-.jpg] C. FLIP FLOP. Fig 1. Funcionamiento de un motor trifásico. [http://www.sapiensman.com/electrotecnia/imag enes/motores_electricos12.jpg] B. CIRCUITO INTEGRADO 555. El circuito integrado 555 es uno de los integrados más utilizados en el mundo de la electrónica por su bajo costo y su gran fiabilidad. Es capaz de producir pulsos de temporización (modo monoestable) muy precisos y también puede ser usado como oscilador (modo estable). Fue desarrollado y construido en el año 1971 por la empresa Signetics con el nombre: SE555 / NE555 y se lo llamó: "The IC Time Machine" ("El circuito integrado máquina del tiempo"). Sirve como oscilador, temporizador, divisor de frecuencia, generador de señales (rectangulares y triangulares), entre otras tantas aplicaciones de acuerdo al manejo y uso que se le vaya a dar.

Todos los circuitos digitales utilizan datos binarios para funcionar correctamente, los circuitos están diseñados para contar, sumar, separar, etc, los datos según nuestras necesidades, pero por el tipo de funcionamiento de las compuertas digitales, los datos presentes en las salidas de las mismas, cambian de acuerdo con sus entradas, y no hay manera debitarlo, si las entradas cambian, las salidas lo harán también, entonces ¿Cómo podemos hacer para mantener un dato o serie de datos en un lugar hasta que los necesitemos? La respuesta son las memorias, básicamente son sistemas que pueden almacenar uno o más datos evitando que se pierdan, hasta que nosotros lo consideremos necesario, es decir, pueden variar su contenido a nuestra voluntad. El corazón de una memoria son los Flip Flops. Éste circuito es una combinación de compuertas lógicas, a diferencia de las características de las compuertas solas, si se unen de cierta manera, estas pueden almacenar datos que podemos

manipular con reglas preestablecidas por el circuito mismo. Para éste proyecto se usaron FF’s tipo J-K. Este FF es uno de los más usados en los circuitos digitales, y de hecho es parte fundamental de muchos circuitos avanzados como contadores y registros de corrimiento, que ya vienen integrados en un chip. Éste FF cuenta con dos entradas de datos J y K, su función es en principio la misma que el Registro básico NAND o NOR, pero con la diferencia que la condición en las entradas J = 1, K = 1, a diferencia del Registro NAND (que generaría una salida errónea o no deseada), en un FF J-K, obliga a las salidas a conmutar su estado al opuesto (Toggle) a cada pulso del reloj. Esto lo convierte en un tipo de FF muy versátil [3].

de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías. Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos (NA), y cerrados (NC). Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo. Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente, esta mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo a través de los polos, el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser:   

Fig 3. Tabla de verdad de un FF tipo J-K síncrono. [http://www.monografias.com/trabajos96/introd uccion-flip-flop/image013.jpg]

Por rotación, pivote sobre su eje. Por traslación, deslizándose paralelamente a las partes fijas. Combinación de movimientos, rotación y traslación.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en serie [4].

D. CONTACTOR. Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden. Funciona así: los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías

Fig 4. Contactor. [http://3.bp.blogspot.com/X6BsR4JYTBo/ULE60bPgfrI/AAAAAAAAAX o/BRc-MEX5nRE/s1600/Contactor.jpg] E. INVERSIÓN DE GIRO DEL MOTOR. Para invertir el giro del motor habrá que invertir el giro del campo magnético creado por el

estator; de esta forma el rotor tenderá a seguirlo y girará en sentido contrario. Para conseguirlo, basta con invertir un par de fases cualesquiera de la línea trifásica de alimentación al motor, lo que en la práctica se realiza con dos contactores de conexión a red [5]. Además, se acopla el circuito electrónico de oscilación con el CI NE555, los relevos y los Flip Flop; que permiten mandar una señal de reloj con una alternancia de frecuencia que se puede adecuar por medio del potenciómetro y un arreglo de potencia transistorizado que se adecúa a un relevo. Con un mecanismo de compuertas lógicas de los Flip Flop, y a partir de manejo de acoples de potencia con los transistores y los relevos (12V), se cumple una función de ‘obturador’ que proporciona corriente eléctrica de manera alternada (tiempos) a los contactores, dando paso a la activación de las secuencias L1–L2–L3 para cada cambio que tenga el Flip Flop.

corriente eléctrica, que es aplicada a uno de los terminales, logra controlar la corriente entre los dos terminales. Los transistores se comportan como parte fundamental de los aparatos electrónicos, análogos y digitales. Específicamente, en los aparatos electrónicos digitales, un transistor se utiliza como interruptor, pero también se les da otros usos que guardan relación con memorias RAM y puertas lógicas. Por otra parte, en cuanto a los aparatos análogos, se utilizan, por lo general, como amplificadores. [6] En nuestro laboratorio, se usaran los transistores conocidos como BJT. El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja. Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS.

Fig 5. Inversión de giro de motor, con contactores. [http://3.bp.blogspot.com/iNeIacEROiU/ToIK2VZmKcI/AAAAAAAAAC 4/A2IBDowHXcY/s1600/cambiosentido.jpg] F. TRANSISTORES. Un transistor es un aparato que funciona a base de un dispositivo semiconductor que cuenta con tres terminales, los que son utilizados como amplificador e interruptor. Una pequeña

Fig. 6 Transistores tipo NPN y PNP [http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar .asp] Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal

semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones: 

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.



Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.



Colector, de extensión mucho mayor. [7]

Fig. 8 Relé de 12 voltios (cinco pines) [http://intlimg.demandmedia.com/DMResize/photos.demandstudios.com/220/136/fotol ia_1613610_XS.jpg? w=240&h=240&crop_min=1] H. LED.

Fig. 7 Curva de operación del transistor. [http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar .asp]

Los diodos son componentes electrónicos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido, en sentido contrario no deja pasar la corriente (como si fuera un interruptor abierto). Un diodo Led es un diodo que además de permitir el paso de la corriente en solo un sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando se conecta un diodo en el sentido que permite el paso de la corriente se dice que está polarizado directamente. Ahora, la definición correcta será: Un diodo led es un diodo que cuando está polarizado directamente, emite luz.

G. RELÉ 12 VOLTIOS (CINCO PINES). Los relés son interruptores especiales diseñados para permitir que un pequeño circuito controle uno más grande. Estos dispositivos utilizan un solenoide para controlar un interruptor de servicio pesado. El cablear para el solenoide puede requerir sólo 0,5 amperios para activar, mientras que el interruptor que controla lleva de 10 a 30 amperios. Este dispositivo permite que los dispositivos de alta tensión sean mantenidos localizados en un solo lugar. Esto es bueno para adicionar la seguridad contra incendios y para mantener los voltajes y las corrientes peligrosas lo más lejos de las personas como sea posible. [8]

Fig. 9 Diodo LED y sus partes. [http://www.areatecnologia.com/electronica/ima genes/como-es-un-diodo-led.png]

Existen dos ventajas principales del uso de los led. La primera es que consumen menos energía que las lámparas convencionales, ¿por qué? Las bombillas normales emiten luz pero también calor. El calor es energía que perdemos (lo que queremos es luz no calor). Los leds también pierden energía en forma de calor, pero en cantidades mucho menores y esto hace que casi toda la energía que consuman se utilice en dar luz y no calor, con el consiguiente, el ahorro. El 80% de la energía que consume un led se transforma en luz sin embargo las bombillas convencionales solo transforman el 20% de lo que consumen en luz, todo lo demás se vuelve calor.

Fig. 10 Símbolo de un LED para esquemas eléctricos. [http://www.areatecnologia.com/electronica/ima genes/simbolo-diodo-led.png] Otra ventaja es que el tiempo de duración es mucho mayor. Mientras que una bombilla normal cuenta con una vida útil de unas 5.000 horas, la vida útil de un LED es superior a las 100.000 horas de luz, estamos hablando de 11 años de continua emisión lumínica. Los diodos tipo led son usados frecuentemente en electrónica como indicadores de funcionamiento, así como fueron usados durante el montaje del inversor de giro [9]

• • • •

• • •

NE555. Potenciómetro 100 k ohmios, 250 k ohmios, o similar. Resistencias de 220 ohmios, 1 kilo ohmio y diversos valores. 4 condensadores de 10 microfaradios, 47 microfaradios, 100 microfaradios o similares. LED de diversos colores. 4 transistores tipo 2N2222 o similar. 2 relevos de 12 voltios (5 pines).

B. SIMULACIONES.

V. CONCLUSIONES 

Se verifica que efectivamente el montaje electrónico con Relés y Flip-Flop’s permite de manera adecuada el control de la corriente, y la memoria de las compuertas lógicas guarda esta información para un ciclo repetitivo o variable, a partir de la modificación de nuestro tiempo de alternancia entre el giro del motor.



VI. BIBLIOGRAFIA IV. EJECUCIÓN Y RESULTADOS. A. MATERIALES E INSTRUMENTOS. • •

•

Banco de pruebas motores trifásicos. Contactores o breakers industriales (También se pueden usar relevos de múltiples salidas a 12 voltios ó 24 voltios – 120 voltios). 2 flip-flop jk 74ls73, 74ls74 o similares.

[1] Funcionamiento de un motor eléctrico. (http://www.sapiensman.com/electrotecnia/moto r_electrico1.htm) [2] Circuito Integrado 555. (http://electronicaelectronics.com/info/555/555.html) [3] Flip Flop’s. (http://www.monografias.com/trabajos96/introd

uccion-flip-flop/introduccion-flipflop.shtml#flipflopta) [4] Contactor. (http://www.profesormolina.com.ar/electromec/c ontactor.htm) [5] Inversión de giro para motor trifásico. (http://www.cifp-mantenimiento.es/elearning/index.php?id=15&id_sec=9) [6] Transistor. Definición. (http://www.misrespuestas.com/que-es-untransistor.html) [7] Transistores y aplicaciones. [http://www.monografias.com/trabajospdf/transistores-aplicaciones/transistoresaplicaciones.pdf] [8] Relé 12 voltios (Cinco pines) [http://www.ehowenespanol.com/cablear-rele-5pines-12-voltios-como_99769/] [9] Diodos LED. [http://www.areatecnologia.com/electronica/com o-es-un-led.html]...