experieia c2

7/24/2019 Experieia C2

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera MecnicaSANTIAGO

Accionamientos Electromecnicos Empleados en Sistemas Productivos_________________________________________________________________________________________________________EXPERIENCIA N ___C230___Grupo N___L2__Fecha de la Exp______12/05/2015_____ Fecha de Entrega ___19/05/2015___

NOMBRE ASIGNATURA___________Laboratorio General II_________________________CODIGO__15030_________CARRERA__________Ingeniera Civil Mecnica________________Modalidad (Diurna o Vespertina)_______Diurna__________

NOMBRE DEL ALUMNO________Ceballos___________ Olivares________________Juan Pablo______________Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor _________Sr. Gustavo Tapia____________

Nota de Participacin ________________

Nota de Informe _____________________________________________________

Nota Final ________________________________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________ Clculos, resultados, grficos________ Caractersticas Tcnicas ________Discusin, conclusiones________ Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice

OBSERVACIONES


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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERADepartamento de Ingeniera MecnicaIngeniera Civil Mecnica

Accionamientos

Electromecnicos

Empleados en Sistemas

ProductivosExperiencia C230

Juan Pablo Ceballos OlivaresSr. Gustavo Tapia

Laboratorio General IIDiurno

19-05-2015


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1 Tabla de contenido2 Resumen del contenido............................................................................................................... 2

3 Objetivos del trabajo ................................................................................................................... 2

3.1

Objetivo general ................................................................................................................... 2

3.2 Objetivos especficos ........................................................................................................... 2

4

Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados ............................................................ 3

4.1 Equipo .................................................................................................................................. 3

4.1.1 Motor trifsico .............................................................................................................. 3

4.1.2 Contactor ..................................................................................................................... 3

4.1.3 Fusible magntico ........................................................................................................ 4

4.1.4 Fusible Trmico ........................................................................................................... 4

5

Descripcin del mtodo seguido en la experiencia ..................................................................... 5

6 Presentacin de resultados ......................................................................................................... 6

6.1 Circuito de potencia ............................................................................................................. 6

6.2 Circuito de Control ............................................................................................................... 7

7

Anlisis de resultados y conclusiones. ........................................................................................ 8

8 Teora del experimento ............................................................................................................... 9

8.1 Seal analgica ................................................................................................................... 9

8.2 Red trifsica y monofsica ................................................................................................. 10

8.2.1

Red monofsica ......................................................................................................... 10

8.2.2 Red trifsica ............................................................................................................... 10

8.3 PLC y sus aplicaciones ...................................................................................................... 11

8.3.1 Estructura de un PLC ................................................................................................. 11

8.3.2 Aplicaciones de los PLC: ........................................................................................... 12

8.4

Motores elctricos trifsicos ............................................................................................... 13

8.5 Fusible Magntico .............................................................................................................. 14

1.1.1

Fusible Trmico ......................................................................................................... 14

8.5.1

Tipos de protecciones trmicas ................................................................................. 15

8.5.2 Funcionamiento ......................................................................................................... 15

9 Bibliografa ................................................................................................................................ 16

9.1 Referencias ........................................................................................................................ 16


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2 Resumen del contenido

El presente informe tiene por objetivo estudiar la funcionalidad, seleccin e implementacin deaccionamientos electromecnicos usados como actuadores en sistemas automatizados. Para ello sellevar a cabo el desarrollo de circuitos tpicos de potencia y control usados comnmente en sistemas

productivos.

Se desarrollarn circuitos incluyendo fusibles de dos diferentes tipos, tanto magnticos como trmicos,los cuales controlarn el sistema de potencia por ambos medios.

La experiencia se compone por el desarrollo de circuito de potencia, circuito de control, y un circuitocombinado que incluye el circuito de potencia, de control y trmico implementado en un sistematrifsico.

En cada uno de los circuitos estudiados se efectuar una explicacin de los componentes que losconstituyen as como de su funcionamiento. Finalmente, se realizar una conclusin que abarcar el

tema en su totalidad.

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Objetivos del trabajo

3.1

Objetivo general

Familiarizar al alumno con la funcionalidad, seleccin e implementacin de los accionamientoselectromecnicos usados como actuadores en sistemas automatizados.

3.2 Objetivos especficos

Internalizar el principio de funcionamiento de los distintos tipos de motores elctricos con sus

correspondientes amplificadores de potencia.

Entregar al alumno la capacidad de definir las caractersticas tcnicas que debe cumplir un

accionamiento electromecnico para ser usado en una aplicacin especfica y seleccionarlo

segn la oferta del mercado.

Familiarizar al alumno con los actuadores electromecnicos usados en el laboratorio.


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4 Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados

4.1 Equipo

4.1.1 Motor trifsico

Marca ABB MotorsVoltaje 380-420 Y / 220-240 D

frecuencia 50 HzRevoluciones 1400 RPM

Potencia 0,55 KWAmperaje 1,80 / 3,10 A

Factor de Potencia (cos ) 0,68Tabla 1. Caractersticas motor trifsico.

Ilustracin 1. Motor trifsico.

4.1.2 Contactor

Modelo S-N10 Mitsubishi

Capacity 4(5.5) KWAC208-220 or 380-415Tabla 2. Caractersticas contactor.


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Ilustracin 2. contactor.

4.1.3

Fusible magntico

Marca: Legrand

Ilustracin 3. Fusible Magntico Legrand.

4.1.4

Fusible Trmico

Ilustracin 4. Fusible Trmico.


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5 Descripcin del mtodo seguido en la experiencia

La experiencia, accionamientos electromecnicos empleados en sistemas productivos, se inicia conla explicacin de cmo se transporta la corriente trifsica, como es que en los hogares slo tenemoscorriente monofsica y cul es la instalacin de un sistema trifsico que se emplea en la industria, para

posteriormente pasar a la conocer los sistemas de control electromecnico, los dispositivos deseguridad y concluir con el desarrollo de un circuito de accionamiento para un motor trifsico.Una vez terminada la introduccin, el profesor procedi a realizar un esquema del circuito de controla implementar.En primer lugar se conecta la fuente trifsica al fusible magntico, con la finalidad de proteger el motorde los cortocircuitos y de la elevacin (mxima) inicial de corriente elctrica. Luego, el fusiblemagntico se conecta al contactor, permitiendo el control (encendido / apagado) del motor mediantela conexin al circuito de control y, a su vez, protegido por la conexin en serie con el fusible trmico,el cual protege al sistema del aumento de temperatura perjudicial para cualquier componente delcircuito de potencia. El circuito de control se conecta al contactor y cumple la funcin de controlar elfuncionamiento del reductor y el fusible trmico, adems de entregar la posibilidad de configurar un

algoritmo de encendido / apagado del motor (mediante pulsadores y el reductor) segn losrequerimientos del usuario.

Ilustracin 5. Circuito montado para el desarrollo de la experiencia.


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6 Presentacin de resultados

6.1 Circuito de potencia

Este circuito muestra como debe ser la conexin para que el motor trifsico pueda alimentarse de las

redes de corriente alterna.

Ilustracin 6. Esquema circuito de potencia.

De la ilustracin 6 podemos apreciar, desde la parte superior, las 3 lneas de fase ms una lnea

neutra. Las fases son R, S y T. El voltaje entre fases es de 380 Volt, y entre fase y neutro es de 220

V; estas fases estn desplazadas en 120 entre s.

El esquema tiene incorporados elementos de seguridad que permiten salvaguardar la integridad del

motor. El primer elemento es el fusible magntico (FM) que est encargado de proteger al motor de

altas de corriente a causa de cortocircuitos y de la sobreexcitacin que se produce al encender el

motor al requerir mayor energa para vencer la inercia. El FM est compuesto de un solenoide el cualest regulado para cuando sobrepase una cierta corriente este se active si cierre el circuito.


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Ilustracin 7. Esquema contactor.

El segundo elemento es el contactor (ilustracin 7), que tiene como objetivo establecer o interrumpir

la corriente al energizar las bobinas que tiene en sus extremos. Esto puede ocurrir tanto en el circuito

de potencia como en el circuito de control. En este caso L1, L2 y L3 se conocen como fases R, S y Trespectivamente.

Por ltimo, se aprecia el elemento de proteccin FT o fusible trmico.

6.2 Circuito de Control

Con este circuito, se controla el encendido (partida) y apagado (parar) del motor, usando unospulsadores.

Ilustracin 8. Esquema circuito de control desarrollado en la experiencia.


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La secuencia comienza de conectar este circuito a una de las fases (esto hace que el circuito sea

monofsico). Al accionar el botn Partir (Normalmente cerrado), se energiza el contactor a travs de

las terminales A1 y A2, esto hace que se cierren todas las lneas del contactor. En el sistema de

enclavamiento las terminales 13 y 14 se unen (a causa de energizar el contactor), lo que mantiene en

funcionamiento el motor una vez que el botn de encendido vuelve a su posicin normal. Luego el

botn Parar, corta la energa del contactor, lo que hace que se vuelva a abrir los contactos y as

detiene el motor.

Por ltimo, para agregar el fusible trmico, la conexin se realiza en serie con el swicht de iniciar/parar,donde la corriente se ver cortada en su paso al motor trifsico si existiese una alza de lastemperaturas de cualquiera de las fases en el alambre de cobre. Por ende para poder funcionarcorrectamente este fusible trmico tendr que estar en NC (Normalmente Cerrado).

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Anlisis de resultados y conclusiones.

Primero que todo podemos decir que hemos logrado la totalidad de los objetivos propuestos para estaexperiencia de laboratorio, consiguiendo instalar y probar el funcionamiento de un motor de corrientealterna con algunas medidas de seguridad como son el fusible trmico y el fusible magntico, que sonunos de los ms comunes en la industria actual.

Por otra parte para hacer funcionar el motor trifsico, hemos notado que no es tan simple comoconectar el motor a la corriente y luego desconectarlo para apagarlo. Existen distintos requerimientosque se pueden agregar colocando distintos elementos al circuito de control, ya sean fusibles, oconectores y distintos pulsadores. Estos requerimientos permiten seguridad y/o comodidad almomento de manipular el motor trifsico, adems que permite que de manera rpida y sencillamanipular los parmetros del motor, ya sea velocidad, o sentido de giro, es decir segn el tipo deconexin de los cables podamos tener un giro horario o bien en su defecto anti horario.Por lo tanto, se hace necesario armar circuitos de control como el que se ha montado en la experiencia,para hacer funcionar los motores, sobre todo cuando se trabaja con alta tensin.

Con respecto al desarrollo propiamente tal de la experiencia se puede afirmar que se logr lainstalacin del circuito sin mayores problemas y por otra parte comprender el funcionamiento dealgunos sistemas de seguridad para el motor.

En cuanto al fusible trmico se puede afirmar que su funcionamiento es el siguiente:El fusible acepta un cierto paso de corriente el cual si se incrementa genera un aumento en latemperatura de este logrando as que se separen los contactos por dilatacin trmica y no vuelve aconectarse hasta que la temperatura baja.

Con respecto al fusible magntico podemos decir que en general su funcionamiento es el siguiente:En el fusible magntico, su funcionamiento est activado por una corriente, la cual energiza unabobina, la cual a su vez, genera un campo magntico que magnetiza una placa (electro imn),atrayendo hacia ella otra placa para cerrar el circuito. Es as que la no existencia de esta corrientedesmagnetiza el sistema cortando el paso de la corriente, en este caso hacia el motor elctrico. Estose provoca principalmente porque al presionar el botn partir se cierra el circuito y pasa la corriente


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mediante la otra rama del circuito, pues el resorte del botn partir (N/A) provoca que la corrientecontine fluyendo por esta rama, en cambio, al presionar el botn stop (N/C) provoca que se corte elflujo de corriente por la lnea de alimentacin de la bobina provocando as la eliminacin de esteelectro-imn.

Tambin se logr comprender que el contactor, gobernado por el circuito de control, es el nexo entreel circuito de control y el circuito de potencia, el cual finalmente enciende / apaga el motor y, adems,lo protege de la elevacin excesiva de corriente (fusible magntico) y de temperatura (fusible trmico).

Por ultimo podemos decir que la utilizacin de elementos de seguridad en un circuito, permitenproteger al motor de cualquier tipo de variacin de voltaje, para evitar el desgaste y posteriordestruccin del equipo, ya que estas anomalas en la alimentacin del equipo son detectadas por losfusibles y el sistema se bloquea, protegiendo automticamente el equipo.

Apndic

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Teora del experimento

8.1 Seal analgica

Seal analgica: el comportamiento de la naturaleza es analgico, la intensidad (amplitud) de losfenmenos que en ella se producen cambian continuamente a travs del tiempo. La presinatmosfrica y la temperatura, por ejemplo, estn cambiando continuamente de un valor a otro yregistran millones de valores. Otros ejemplos de seal analgica es la que enva nuestra voz.

Las seales analgicas son por ende seales elctricas de variacin continua en intensidad y amplituden el tiempo, como se puede apreciar en la ilustracin 9. Hasta hace poco, la forma dominante detransmisin de seales de radio y televisin ha sido analgica. La gran desventaja de este tipo detransmisin es que el ambiente genera tambin seales analgicas, conocidas como ruido, quegeneralmente interfieren con las que acarrean informacin y crean complicaciones de resultados enuna seal de menor calidad.

Ilustracin 9. Seal analgica.


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8.2 Red trifsica y monofsica

La corriente alterna supero las limitaciones que aparecan al emplear corriente continua (CC), el cuales un sistema para distribucin de energa a gran escala debido a problemas en la transmisin depotencia. Toda la distribucin de la energa elctrica es trifsica, solamente en las casas es

monofsica.

8.2.1 Red monofsica

Un sistema monofsico es un sistema de produccin, distribucin y consumo de energa elctricaformado por una nica corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje vara de la misma forma.La distribucin monofsica de la electricidad se suele usar cuando las cargas son principalmente deiluminacin y de calefaccin, y para pequeos motores elctricos. Un suministro monofsicoconectado a un motor elctrico de corriente alterna no producir un campo magntico giratorio, por loque los motores monofsicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son poco usualespara potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la frecuencia de esta corriente dependen del pas

o regin, siendo 230 y 115 Voltios los valores ms extendidos para el voltaje y 50 o 60 Hercios parala frecuencia.

Ilustracin 10. Potencia sistema monofsico.

8.2.2

Red trifsica

Un sistema trifsico es un sistema de produccin, distribucin y consumo de energa elctrica formadopor tres corrientes alternas monofsicas de igual frecuencia y amplitud que presentan una cierta

diferencia de fase entre ellas, en torno a 120, y estn dadas en su orden determinado. Cada una delas corrientes monofsicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase.Un sistema trifsico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y estndesfasadas simtricamente.Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfasesentre ellas), el sistema de tensiones es un desequilibrado o ms comnmente llamado sistemadesbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de impedanciasdistintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con


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diferencias de fase entre ellas distintas a 120, aunque las tensiones del sistema o de la lnea seanequilibradas o balanceadas.El sistema trifsico presenta una serie de ventajas como son la economa de sus lneas de transportede energa (hilos ms finos que en una lnea monofsica equivalente) y de los transformadoresutilizados, as como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la

lnea trifsica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la lnea monofsica.Los generadores utilizados en centrales elctricas son trifsicos, dado que la conexin a la redelctrica debe ser trifsica (salvo para centrales de poca potencia). La trifsica se usa mucho enindustrias, donde las mquinas funcionan con motores para esta tensin.Existen dos tipos de conexin; en tringuloy en estrella. En estrella, el neutro es el punto de unin delas fases.

Ilustracin 11. Potencia sistema trifsico.

8.3

PLC y sus aplicaciones

Se pude decir que un PLC es un dispositivo electrnico que puede ser programado por un usuario yque se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos,permitiendo as ahorrar costos en mantenimientos y aumentando la confiabilidad de los equipos. Esimportante conocer generalidades y lo que un PLC puede hacer por un proceso.Los PLC trabajan en base a informacin recibida por captadores y el programa lgico interno.

8.3.1

Estructura de un PLC

Bsicamente la estructura de un PLC se rige por las siguientes etapas (ilustracin 12):

Entrada

Unidad central de procesos

Memoria

Salida


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Entrada: Corresponde al elemento o interfaz por el cual ingresan los datos que son adaptados y

codificados en forma comprensible para la CPU. A la entrada se pueden conectar distintos tipos de

captadores como por ejemplo interruptores, pulsadores, sensores, etc. Esta seccin del PLC tambin

cumple una misin de proteccin de los circuitos electrnicos internos.Unidad central de Procesos: Esta seccin realiza la interpretacin de las instrucciones del programa

ingresado a travs del usuario y de acuerdo a los resultados obtenidos a la entrada activa o desactivalas salidas del PLC.

Memoria: Esta etapa es la encargada de almacenar la informacin del programa y los datos con los

cuales trabaja la CPU. Dependiendo de la funcin se utilizarn distintos tipos de memoria, como por

ejemplo: memoria de usuario, memoria de tabla de datos, memoria de sistema y memoria de

almacenamiento.

Salida: Esta seccin trabaja con las seales entregadas de la CPU, decodificndolas y amplificndolas

para manejar distintos tipos de actuadores como por ejemplo rels, contactores, electro-vlvulas,

lmparas, etc. Esta etapa tambin cuenta con un sistema de proteccin para los circuitos internos.

Ilustracin 12.

8.3.2 Aplicaciones de los PLC:

El PLC por sus especiales caractersticas de diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. Laconstante evolucin del hardware y software ampla constantemente este campo para poder satisfacerlas necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un procesode maniobra, control, sealizacin, etc., por tanto, su aplicacin abarca desde procesos de fabricacinindustriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar losprogramas para su posterior y rpida utilizacin, la modificacin o alteracin de los mismos, etc., haceque su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades talescomo:
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Espacio reducido

Procesos de produccin peridicamente cambiantes

Procesos secuenciales

Maquinaria de procesos variables

Instalaciones de procesos complejos y amplios

Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso

8.4

Motores elctricos trifsicos

Un motor elctrico trifsico se compone fundamentalmente de un rotor y un estator. Ambas partesestn formadas por un gran nmero de lminas ferromagnticas, que disponen de ranuras, en lascuales se alojan los devanados estatricos y rotricos respectivamente. Al alimentar el bobinadotrifsico del estator, con un sistema de tensiones trifsicas, se crea un campo magntico giratorio, elcual induce en las espiras del rotor una fuerza electromagntica, y como todas las espiras forman uncircuito cerrado, circula por ellas una corriente, obligando al rotor a girar en el mismo sentido que elcampo giratorio del estator.

Ilustracin 13. Componentes de un motor trifsico.

Los motores elctricos trifsicos son muy usados en la industria para accionar mquinas-herramientas, bombas, ventiladores, extractores, chancadores, molinos, gras, compresores y otrasaplicaciones que requieran motores asincrnicos de induccin trifsicos; ya que en el sistema trifsicose genera un campo magntico rotatorio en tres fases, adems de que el sentido de la rotacin delcampo en un motor trifsico puede cambiarse, invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual

desplaza las fases, de manera que el campo magntico gira en direccin opuesta.


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8.5 Fusible Magntico

Son dispositivos de proteccin contra cortocircuito, de corte tripolar. Los guarda motores magnticoscumplen la funcin de proteccin el motor contra cortocircuitos, cumpliendo adicionalmente la funcinde seccionamiento. Los fusibles electromagnticos, son elementos que estn indicados para proteger

contra sobrecargas muy elevadas y cortocircuitos por desconexin con disparo instantneo.

Los requisitos para que cumplan con la funcin de proteccin contra cortocircuito son bsicamenteuna pronta deteccin de la corriente de defecto y una rpida apertura de los contactos.

A continuacin en la figura se presenta una grfica que indica el modo de disparo queefectan estos fusibles y la respuesta en tiempo.

Ilustracin 14. Modo de disparo que efectan estos fusibles y la respuesta en tiempo.

Ilustracin 15. Tipos de Fusibles Magnticos.

1.1.1 Fusible Trmico

Son dispositivos de seguridad accionado por temperatura que permite desconectar el sistema en casoque la temperatura sobrepase un valor estimado como seguro para el sistema, al momento deaumentar la temperatura en la lnea del fusible este se funde producindose as la apertura del circuitoy la no conduccin de corriente elctrica por este.


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8.5.1 Tipos de protecciones trmicas

Dispositivo bimetlico

Detectores trmicos

Resistencias termomtricas PT100

Rels trmicos protectores de motores Rel tipo z

Ilustracin 16. Tipos de Fusibles Trmicos.

8.5.2 Funcionamiento

Los rels trmicos protectores de motor utilizan la variacin de forma y estado de un bimetal que estsometido al calentamiento el cual al alcanzar un valor determinado acciona un contacto auxiliar. Elcalentamiento se produce mediante resistencias por las que circula la intensidad del motor.

Protege el motor contra:

Rotor bloqueado

Sobrecarga

Falla de fase

Ilustracin 17. Esquema de funcionamiento de los fusibles trmicos.


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9 Bibliografa

Gua de laboratorio, Accionamientos Electromecnicos Empleados en Sistemas Productivos(C230).

Ogata Katsuhiko, Ingeniera de Control Moderna, 3ra Edicin, Ed Pearson.

9.1 Referencias

http://openpdf.com/ebook/motores-trifasico-pdf.html

http://www.profesormolina.com.ar/electromec/contactor.htm

http://es.wikipedia.org/wiki
http://openpdf.com/ebook/motores-trifasico-pdf.htmlhttp://www.profesormolina.com.ar/electromec/contactor.htmhttp://www.profesormolina.com.ar/electromec/contactor.htmhttp://es.wikipedia.org/wikihttp://es.wikipedia.org/wikihttp://es.wikipedia.org/wikihttp://www.profesormolina.com.ar/electromec/contactor.htmhttp://openpdf.com/ebook/motores-trifasico-pdf.html

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