LABORATORIO 6: ARRANQUE Y CAMBIO DE GIRO DE MOTORES TRIFÁSICOS

JORGE ARMANDO PINTO

JOSE IGNACIO TRAPERO

EDWIN HERNANDO SOLANO

Presentado a:

HERNÁN GONZÁLEZ ACUÑA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

BUCARAMANGA

2014

Objetivo General:

Conocer procedimientos para el arranque y el cambio de giro de motores asíncronos trifásicos.

Objetivos Específicos

Arrancar en forma mecánica un motor asíncrono trifásico mediante conexión en estrella utilizando contactores mecánicos.

Mediante contactores mecánicos, realizar una configuración que permita el frenado y cambio de giro manual de un motor trifásico asíncrono.

Mediante contactores mecánicos y temporizadores, realizar una configuración que permita el frenado y cambio de giro automático de un motor trifásico asíncrono.

Marco Teórico

1. Motores Trifásicos Asíncronos

La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM [pronunciado pe dobleuve eme], siglas en inglés de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D es el ciclo de trabajo

 es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso)

T es el período de la funciónLa construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la

de la señal dientes de sierra y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.

Figura 1. Señal de onda cuadrada de amplitud acotada ( , ) mostrando el ciclo de trabajo D.

2. Motor de Corriente Continua

Son convertidores electro-mecánicos rotativos de energía que debido a los fenómenos de inducción y de par electromagnético, transforman energía eléctrica, de naturaleza continua, en energía mecánica.

Los primeros motores eléctricos construidos en el siglo XIX por Michael Faraday y Zénobe Gramme, fueron de corriente continua.

La corriente continua captada de la red recorre los devanados del motor, generando campos magnéticos que dan lugar a fuerzas que provocan el movimiento rotativo del motor.

En los motores de corriente continua (c.c.) concurren una serie de características que les hace especialmente indicados para ciertas aplicaciones, por lo que cada día son más empleados en el ámbito industrial.

La amplia gama de velocidad que ofrecen, su fácil control y la gran flexibilidad de las curvas par-velocidad de este tipo de motores, así como el que presenten un alto rendimiento para un amplio margen de velocidades, junto a su elevada

capacidad de sobrecarga, los hace más apropiados que los motores de corriente alterna para muchas aplicaciones.

Figura 2. Ejemplos de motores de corriente continua.

La idoneidad de este tipo de motores para arrastrar máquinas que precisen una amplia gama de regímenes de velocidad con un preciso y ajustado control de las mismas, han provocado que últimamente, estos motores tengan más presencia en diversos procesos industriales que requieren de esta característica. Igualmente son los motores de elección en el ámbito de la juguetería, del tipo de imanes permanentes se pueden conseguir potencias desde algún watio a hasta cientos de watios.

Así como en los equipos lectores de CD, en los giradiscos y en las unidades de almacenamiento magnético, donde se utilizan motores de imán fijo y sin escobillas, estos motores proporcionan un eficaz control de la velocidad y un elevado par de arranque.

Otra significativa ventaja es la facilidad de inversión de giro de los grandes motores con elevadas cargas, al tiempo que son capaces de actuar de modo reversible, devolviendo energía a la línea durante los tiempos de frenado y reducción de velocidad.

Además de que tienen tamaños muy reducidos y no contaminan el medio ambiente.

3. Servomotor

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la

señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.

Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, tienen internamente una circuitería de control interna y son sumamente poderosos para su tamaño. Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por cm. de torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podrá observar la circuitería de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. También puede ver los 3 alambres de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control.

Figura 3. Un servomotor desmontado

¿Cómo trabaja un servo?

El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se puede observar al lado derecho del circuito. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados,

pero varía según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180

4. Servomotor de Rotación Continua

Los servomotores de rotación continua, giran 360º mientras que los servos estándar sólo giran 180º. Estos servomotores son motores de corriente continua que incorporan un circuito electrónico que permite controlar de forma sencilla la dirección y la velocidad de giro de sus ejes mediante impulsos eléctricos (PWM).

Figura 4. Interior de un servomotor de rotación continua

El servomotor de rotación continua tiene 3 cables. Dos de alimentación (rojo (+) y negro (-)), entre 5V y 7.5V, y uno de señal de control (amarillo o blanco), que se conecta a un pin de la tarjeta de control (placa Arduino).

Figura 5. Cableado de un servomotor de rotación continua

La señal de control de los servomotores de rotación continua es una señal de pulsos modulada en anchura PWM (Pulse Width Modulation). Este tipo de señal de control se utiliza en los servos estándar para realizar los giros desde 0º a 180º. Aquí, va a permitir controlar el giro y la velocidad del eje del servomotor. En teoría, porque en la fabricación de los motores eléctricos tiene una tolerancia, con el siguiente pulso de señal el servomotor de rotación continua tendría que estar parado. Para un servo la posición del eje sería de 90º.

Señal con periodo de 20 ms.

Anchura del pulso 1.5 ms

Figura 6. Señal teórica para detener un servomotor de movilidad continua

Para el giro a máxima velocidad en el sentido de las agujas del reloj el pulso de la señal sería:

Figura 7. Señal teórica para obtener máxima velocidad en el sentido de las manecillas del reloj.

Señal con periodo de 20 ms.

Anchura del pulso entre 0.8 a 1.2 ms.

Para el giro a máxima velocidad en el sentido contrario a las agujas del reloj el pulso de la señal sería:

Señal con período de 20 ms.

Anchura del pulso entre 1.9 a 2.2 ms

Desarrollo de las Actividades

1. Motor de corriente continua

Circuito:

Programa en Ladder

Pantalla HMI

2. Servomotor de velocidad

Circuito:

Programa Ladder

Pantalla HMI

3. Servomotor estándar

Circuito

Programa Ladder

Pantalla HMI

Bibliografía

1. Educabot: Motores y movilidad. Hidalgo Díaz, Manuel y Martínez Nuñez, Antonio. Albacete : Centro de profesores ALBACETE, 2009.