Lab_04 Máquinas Rotativas.

Tecnología Eléctrica

LABORATORIO Nº4 Máquinas rotativas.

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ELECTROTECNIA ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACION REGULAR

Nota:

I.

OBJETIVOS

I.

OBJETIVOS: Reconocer las partes, características y funcionamiento de máquinas eléctricas rotativas. Reconocer las partes, funcionamiento y características de un tablero de control de motores. Implementar el arranque directo de un motor trifásico jaula de ardilla. Reconocer y describir los componentes de un arranque directo de un motor trifásico. Dibujar y explicar el esquema de principio y esquema general de conexiones de circuitos de mando y de fuerza de arranque directo de motor trifásico.

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II.

MATERIALES: Motor trifásico de jaula de ardilla. Contactores tripolares. Relés térmicos tripolares. Multímetro digital. Pinza amperimétrica. Cable o alambre #16 AWG. Caja de herramientas.

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III.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

MOTOR ELÉCTRICO Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. Con esto se logra que una parte móvil del motor esté girando. Partes principales de un motor eléctrico: Estator. Rotor. Placa de características. Caja de conexiones o terminales de conexiones. Carcasa. Eje. Ventilador.       

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Tablero de Control de Arranque Directo de Motor Trifásico

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PLACA DE CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR ELÉCTRICO Cada motor debe contar con una placa de características, fácilmente visible y firmemente sujeta al motor. La información debe ser grabada en el metal de las placas de tal manera que pueda ser leída aunque desaparezcan la coloración e impresiones de superficie. La siguiente información o datos son los mínimos que debe llevar la placa de datos y placas auxiliares, de cualquier motor de corriente alterna monofásico o trifásico. 1.- Nombre del fabricante. 2.- Tamaño, forma de construcción. 3.- Clase de corriente. 4.- Clase de máquina; motor, generador, etc. 5.- Número de fabricación. 6.- Identificación del tipo de conexión del arrollamiento (Y, Δ, etc.) 7.- Tensión nominal. 8.- Intensidad nominal. 9.- Potencia nominal. Indicación en kW para motores y generadores de corriente continua e inducción. Potencia aparente en kVA en generadores síncronos. 10.- Unidad de potencia, por ejemplo kW. 11.- Régimen de funcionamiento nominal. 12.- Factor de potencia. 13.- Sentido de giro. 14.- Velocidad nominal en revoluciones por minuto revol/min. 15.- Frecuencia nominal. 16.- Clase de aislamiento. 17.- Clase de protección (IP). 18.- Peso en Kg o T. 19.- Número y año de edición de la disposición VDE tomada como base.

CAJA DE CONEXIONES DEL MOTOR TRIFÁSICO La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

CONEXIONES DE MOTOR TRIFÁSICO Los motores trifásicos absorben en el momento de arranque más intensidad de la nominal. Este aumento de intensidad en el arranque provoca una sobrecarga en la línea que a su vez origina una caída de tensión pudiendo ser perjudicial para otros receptores. En los motores de jaula de ardilla, la intensidad de arranque supera de 3 a 7 veces la nominal. Las conexiones estrella y triángulo son utilizadas para conectar el motor trifásico a una red de alimentación trifásica, para tener un mejor rendimiento del motor, para tener corrientes de arranque aceptables, etc. La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismoen las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.

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Conexión de motor trifásico en estrella

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Conexión de motor trifásico en triángulo

CONTACTORES Los contactores son dispositivos electromecánicos de maniobra, que tienen una sola posición de reposo y una sola posición de activado, se les puede definir también como “un interruptor accionado o gobernado por medio de un electroimán”. Los contactores son fáciles de hacer funcionar, sólo hay que

enviarles una señal eléctrica a su bobina y ésta responderá moviendo su puente porta contactos, lo cual provocará un cambio de posición de los contactos.

 A1

1

3

5 13 21

 A2

2

4

6 14 22

El contactor: símbolo eléctrico, forma física y vista de de corte mostrando sus partes

RELÉ TÉRMICO Los relés térmicos protegen a los motores contra toda clase de averías que provoquen un incremento en el consumo de corriente de dicho motor. Ejemplos: sobrecarga sostenida debido a alguna anormalidad mecánica en la carga, sobrecarga debido a una baja de tensión en la red, ciclos de trabajo demasiado frecuentes, trabajo en dos fases sobrecarga de origen mecánico, fallas en la alimentación, baja de tensión, falta de una línea de alimentación, etc. por lo tanto, podemos resumir que los relés térmicos proporcionan una protección térmica contra sobrecargas pequeñas pero prolongadas.

Relé térmico: símbolo eléctrico y forma física

ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFÁSICO

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Una de las formas más sencillas de arrancar un motor, a través de un contactor, es el llamado arranque directo, el cual consiste en proporcionar al motor la tensión de placa, llamada tensión nominal, en forma directa. Dicho de otra manera, el contactor al cerrar sus contactos de fuerza conecta la tensión de línea al motor haciendo que este empiece a girar. En la figura siguiente, se muestra un esquema de fuerza típico, en el cual podemos observar los elementos constituyentes mínimos de todo circuito de arranque directo, además se observa en este caso que el motor se conecta a un sistema de alimentación trifásico.

Esquemas de mando (izquierda) y de fuerza (derecha) de arranque directo de motor trifásico.

VARIADOR DE VELOCIDAD

El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad

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giratoria de maquinaria, especialmente de motores. También es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, también por sus siglas en inglés Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada. La maquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o casi-constante, y con valores que dependen de la alimentación y de las características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc. Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) también puede ser designado como variador de velocidad.

Motivos para emplear variadores de velocidad [editar] El control de procesos y el ahorro de la energía son dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad. Históricamente, los variadores de velocidad fueron desarrollados originalmente para el control de procesos, pero el ahorro energético ha surgido como un objetivo tan importante como el primero.

Aplicaciones de los variadores en bombas y ventiladores. A. Velocidad como una forma de controlar un proceso Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo de variadores de velocidad destacan:        

Operaciones más suaves. Control de la aceleración. Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso. Compensación de variables en procesos variables. Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba. Ajuste de la tasa de producción. Permitir el posicionamiento de alta precisión. Control del Par motor (torque).

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B. Fomentar el ahorro de energía mediante el uso de variadores de velocidad Un equipo accionado mediante un variador de velocidad emplea generalmente menor energía que si dicho equipo fuera activado a una velocidad fija constante. Los ventiladores y bombas representan las aplicaciones más llamativas. Por ejemplo, cuando una bomba es impulsada por un motor que opera a velocidad fija, el flujo producido puede ser mayor al necesario. Para ello, el flujo podría regularse mediante una válvula de control dejando estable la velocidad de la bomba, pero resulta mucho más eficiente regular dicho flujo controlando la velocidad del motor, en lugar de restringirlo por medio de la válvula, ya que el motor no tendrá que consumir una energía no aprovechada...

I. PROCEDIMIENTO Se realizará la instalación de un tablero de control para el arranque directo de un motor t rifásico. En las figuras se muestran los esquemas de mando (izquierda) y de fuerza (derecha) del circuito a implementar.

Los componentes que conforman el tablero de control son: K1M: S1: S2: F2F: F1F: F3F: H1: H2: H1:

Contactor tripolar. Pulsador normalmente cerrado. Pulsador normalmente abierto. Relé térmico tripolar. Interruptor termomagnético tripolar. Interruptor termomagnético bipolar. Lámpara indicadora motor encendido. Lámpara indicadora motor apagado. Lámpara indicadora de condición de fallo. M 3φ: Motor trifásico.

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Los pasos a realizar son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Distribuya los equipos a instalar, en el tablero según los esquemas previamente analizados. Dibujar los esquemas de los circuitos de mando y de fuerza. Dibujar el esquema general de conexiones de los circuitos de mando y fuerza. Realice el cableado del tablero de acuerdo al esquema general de conexiones. Revisar el conexionado del tablero de control con el multímetro. CONSULTE CON EL PROFESOR PARA VERIFICAR QUE TODO EL TABLERO DE CONTROL ESTÉ CORRECTAMENTE INSTALADO. Conectar el motor trifásico. Realizar pruebas de funcionamiento. Desmontar el tablero de control, ordenar y devolver todos los materiales. Llenar la lista de equipos y materiales utilizados en la instalación.

PLACA DE CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR Completar los datos (o dibujar) dela placa característica del motor utilizado.

LN

LUCAS-NUELLE Gmbh

SE2672 A/Y MOT. DS

VD 0530 U: 400/690 V 0.37Kw

U: C:

I: C:

IP. 54 I: COS: F: 60Hz

Is.KI.: F 1/0,58 A 0.83

ESPACIO PARA DIBUJAR PLACA DE CARACTERÍSTICAS

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PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO (MEDICIONES) Medir las tensiones con voltímetro; y las corrientes con pinza amperimétrica. Voltajes de línea Corrientes de arranque Corrientes en régimen estacionario

VL1-L2 400

VL1-L3 400

VL2-L3 400

I1arranque 4.48 I1 0.64

I2arranque 4.48 I2 0.64

I3arranque 4.48 I3 0.64

¿Cuál es la tensión o tensiones nominales a los que se puede conectar el motor utilizado? U: 400/690V ¿Cuánto es el valor de la intensidad de corriente nominal del motor utilizado? I: 1/6.58A ¿Cuánto es el valor de la velocidad de giro nominal del motor utilizado? 3600 RPM La “velocidad de sincronismo” en motores de corriente alterna, es una velocidad de giro constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado el motor y por el número de pares de polos del motor.La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

Donde:  f : Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz). P: Número de pares de polos que tiene la máquina. n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto).

De acuerdo a la velocidad de sincronismo del motor utilizado, ¿Cuántos pares de polos tiene el este motor? Registre sus cálculos aquí:

N=60*F/P

600=60*60/P

P=1

¿Cuál es el grado de protección IP del motor? EL GRADO DE PROTECCION ES 54

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¿Qué es el grado de protección IP? (Investigar) El grado de protección IP hace referencia a la norma internacional CEI 60529 Degrees of Protection1 utilizado con mucha frecuencia en los datos técnicos de equipamiento eléctrico o electrónico, en general de uso industrial como sensores, medidores, controladores, etc. Especifica un efectivo sistema para clasificar los diferentes grados de protección aportados a los mismos por los contenedores que resguardan los componentes que constituyen el equipo. Este estándar ha sido desarrollado para calificar de u na manera alfa-numérica a equipamientos en función del nivel de protección que sus materiales contenedores le proporcionan contra la entrada de materiales extraños. Mediante la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de protección del equipamiento puede ser identificado de manera rápida y c on facilidad.

LISTA DE EQUIPOS Y MATERIALES ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

DESCRIPCION

UNIDAD

CANT.

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Fecha:

Nombre:

Firma:

Dibujado por: Revisado por: Escala:

Denominación: Esquemas de principio de circuitos de mando y de fuerza de arranque directo de motor trifásico.

Número: Sustituye a: Sustituido por:

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Fecha:

Nombre:

Firma:

Dibujado por: Revisado por: Escala:

Denominación: Esquema general de conexiones de tablero de control de arranque directo de motor trifásico.

Número: Sustituye a: Sustituido por:

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1. mirar el video sobre Variador de Velocidad y Responder a lo siguiente: https://www.youtube.com/watch?v=z_6YlBjqq04 Qué es un variador de velocidad? Es un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos hidráulicos eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria especialmente de los motores. Donde se encuentran? Se encuentra entre la alimentación y el motor Como entra la energía al convertidor y como la convierte? La energía de la red atraviesa el convertidor que regula la energía que transmite al motor. Dentro del convertidor la energía pasa a través de un rectificador que transforma la corriente entrada en corriente continua. 

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Que pasa después de los condensadores?

Suaviza la forma de onda de la corriente eléctrica proporcionado una fuente de alimentación limpia. Que permite el inversor? Transforma la corriente continua en corriente alterna de salida 

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Que es PWM AC?

Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica por ejemplo: Sea transmitir información a través de un canal 2. mirar el video sobre Conexión del Variador de Velocidad usando el panel de variador y Responder a lo siguiente: https://www.youtube.com/watch?v=UuuuE1qy-kw 

Que es lo primero que se verifica

Que sea adecuado para la carga del motor, voltaje de alimentación y todos los equipos involucrados deben de coincidir. Cuál es el proceso de conexión? Primero entre el drive y el interruptor Después el drive y el motor Por último la alimentación Que ocurre cuando alimentas al variador? Aparece el voltaje de operación Que pasa cuando presionas Run? Observamos el sentido de giro del motor Como se invierte el giro? Oprimir stop, des energizar y esperemos que se apague el display e invertimos las fases de polaridad. Como se ajusta la frecuencia a 60Hz y que ocurre? Con el motor inmóvil oprimes rest, luego cambiar el numero en el display hasta el 6 y se presiona el botón de entre para guardar los cambios Cuáles son las aplicaciones del variador? Cintas transportadoras Bombas y ventiladores centrífugos Extrusoras. etc. 

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Para que sirve el PANEL DEL VARIADOR?

Sirve para poder utilizar bombas de agua de corriente alterna directamente mediante paneles solares  Así, mediante placas solares que generan energía en corriente continua.

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IV.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES(escribir por lo menos siete de cada una)

Observaciones 

Prueba de funcionamiento

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Circuito de mando y fuerza de arranque sin complicaciones

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Tomamos los datos del motor, utilizamos la placa sin complicaciones

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Utilizamos el programa cade simu, notamos los beneficios y que podemos encontrar en ella

CLONCLUCIONES 

Se puede interpretar el arranque directo de un motor trifásico jaula de ardilla

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Reconocer las características funcionamiento y partes de un tablero de control de motores

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Se ha podido reconocer las partes características y funcionamiento de las maquinas eléctricas rotativas