DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y

CONTROL

ASIGNATURA: CONTROL INDUSTRIAL

NRC: 2158

INFORME PREPARATORIO No. 3.3

Profesor: Ing. Danny Sotomayor

INTEGRANTES

1. César Calahorrano

2. Erick Enríquez

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

CONTROL INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

ASIGNATURA: CONTROL INDUSTRIAL

TRABAJO PREPARATORIO LABORATORIO No. 3.3

Tema:

ARRANQUE DE MOTOR TRIFÁSICO USANDO VARIADOR DE FRECUENCIA

1. Objetivo.

Realizar el arranque de un motor trifásico utilizando un variador de

frecuencia

Determinar la configuración correcta del variador, para trabajar según los

requerimientos solicitados 2. Materiales y Equipos.

Materiales.

• 1 Variador de frecuencia PowerFlex4 • 1 Contactor • 1 Guarda motor • 1 Motor Trifásico

Herramientas:

Mínimo dos multímetros en perfecto funcionamiento por grupo. Juego de pirulos (estrella y plano). Juego de destornilladores eléctricos (estrella y plano). Cable multifilar # 14 AWG Cortadora de cables. Peladora de cables.

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

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3. Procedimiento a) Complete la siguiente tabla, que corresponde al bloque de terminales de

control, para el PowerFlex4.

Tabla 1. Bloque de terminales de control PowerFlex4

No. Señal Descripción Parámetro

R1 Relé N.A. Contacto normalmente abierto para el relé de salida. A055

R2 Común de Relé Común para relé de salida.

R3 Relé N.C. Contacto normalmente cerrado para el relé de salida. A055

01 Paro Es necesario que esté presente un puente de conexión

instalado en fábrica o una entrada normalmente cerrada para que arranque el variador.

P036(1)

02 Arranque/Marcha

AVANCE El comando proviene del teclado integral por defecto.

Para deshabilitar la operación en reversa, consulte A095 [Inver Deshab.].

P036, P037

03 Dir/Run REV P036,

P037, A095

04 Común Digital Para entradas digitales. Electrónicamente aislado con

entradas digitales de E/S analógicas.

05 Entrada Digital 1 Programa con A051 [Sel. ent digt 1]. A051

06 Entrada Digital 2 Programa con A052 [Sel. ent digt 2]. A052

11 +24 V CC Potencia provista por el variador para las entradas

digitales. La corriente máxima de salida es de 100 mA.

12 +10 V CC Alimentación eléctrica provista por el variador para el

potenciómetro externo de 0-10 V. La corriente máxima de salida es de 15 mA.

P038

13 Ent 0-10V(3) Para alimentación externa de entrada de 0-10 V

(impedancia de entrada = 100k ohm) o limpiador de potenciómetro.

P038

14 Común Analógico Para Ent 0-10V o Ent 4-20mA. Electrónicamente aislado con entradas analógicas de E/S digitales.

15 Ent 4-20mA(3) Para alimentación externa de entrada de 4-20mA

(impedancia de entrada = 250 ohm). P038

16 Pantalla RS485

(DSI)

Al usar el puerto de comunicaciones RS485 (DSI)

deberá conectarse el terminal a la tierra de seguridad.

b) Se cuenta con un motor trifásico de 4 polos, 2hp, 220VAC, Fp=0.85. Complete la

información solicitada de la Tabla 2, considerando que el arranque, parada, control

de dirección y velocidad, se lo debe realizar desde el teclado integral que posee el

variador, de acuerdo a las siguientes características:

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- Rango de frecuencia de trabajo requerido: 0 – 200 Hz

- Tiempo de aceleración: 6.2 segundos

- Tiempo de desaceleración: 15 segundos

- Retención de sobrecarga del motor: Deshabilitada

𝐼𝑛 =2𝐻𝑝 ∗ 746𝑊

√3 ∗ 220𝑉 ∗ 0.85

𝐼𝑛 = 4.6 𝐴

Tabla 2. Parámetros de grupo de programación básica

No. Parámetro (Significado) Valor a configurar, según requerimientos

P031 Seleccionar según volt placa motor. 220 VAC

P032 Seleccionar según la frecuencia Hz placa motor. 60 Hz

P033 Establecer a la máxima corriente permisible del

motor. 4.6 A

P034 Establece la mínima frecuencia de salida

continua del variador. 0 Hz

P035 Establece la máxima frecuencia de salida del

variador. 200 Hz

P036 Establece el esquema de control utilizado para

poner en marcha el variado. 0 Teclado

P037 Modo de Paro activo para todas las fuentes de

paro 0

P038 Establece la fuente de referencia de velocidad

para el variador. 4

P039 Establece el régimen de aceleración para todos

los aumentos de velocidad. 6.2 segs

P040 Establece el régimen de deceleración para todas

las disminuciones de velocidad. 15.0 segs

P041 Restablece todos los parámetros a sus valores

predeterminados en fábrica. 0

P043 Habilita/inhabilita la función de Retención de

Sobrecarga del Motor. 0 Deshabilitada

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

c) Diseñe el diagrama esquemático, para el arranque de un motor trifasico

usando el variador de frecuencia PowerFlex4 a ser implementado en el

laboratorio, en base a los requerimientos solicitados anteriormente.

Figura 1. Circuito de Control

Figura 2. Circuito de Potencia

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4. Preguntas:

a) Indique los bloques principales que conforma un variador de frecuencia.

Figura 3. Diagrama en bloques de un variador de frecuencia

1) Red de suministro: acometida de c.a., monofásica en aparatos para motores peuqños

de hasta 1,5 kw (2 C.V. aprox), y trifásica, para motores de más potencia, hasta valores

de 630 kw o más.

2) Entradas y salidas (E/S ó I/O): diferentes conexiones de entradas y salidas de control;

pueden ser digitales tipo todo o nada (contactos, pulsadores, conmutadores, contactos

de relé…) o analógicas mediante valores de tensión (0…10 V o similares) e intensidad

(4…20 mA o similares). Además puede incluir terminales de alarma, avería, etc.

3) Comunicaciones: estos dispositivos pueden integrarse en redes industriales, por lo que

disponen de un puerto de comunicaciones, por ejemplo RS-232, RS-485, red LAN,

buses industrials (ProfiBus…) o conexiones tipo RJ-45 o USB para terminales externos y

ordenadores. Cada fabricante facilita el software de control, directo o mediante bus de

comunicaciones. Que permitirá el control, programación y monitorización del variador

(o variadores) en el conjunto de aparatos de control empleados.

4) Salida: conexión al motor, generalmente de tres hilos (U-V-W) para conexión directa

en triángulo o estrella según la tensión del motor.

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

b) Si se tiene un motor de 50 Hz y 1500 rpm (4 polos). Cuál será el rango de

velocidad que se puede obtener, si se aplica una variación de frecuencia

entre 5 y 120 Hz.

𝑛 = 60 ∗𝑓

2𝑝

Donde;

n = velocidad en rpm

f = frecuencia de la red en Hz

2p = número de pares de polos del motor

𝑛 = 60 ∗5

2= 150𝑟𝑝𝑚

𝑛 = 60 ∗120

2= 3600𝑟𝑝𝑚

c) La sobre-velocidad, es una característica que el variador puede proporcionar

al régimen de trabajo del motor. Según la Figura 1, al aumentar la velocidad

nominal del motor al 200% de , el par

Cae a la mitad del nominal.

Figura 4. Sobre-velocidad producida por un variador

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

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d) En base a la curva de la Figura 2. Los valores nominales son:

Figura 5. Curva de par - velocidad

𝑇 = K ∗ (U

f)

2

T= par motriz K= 9550 cte. U= tensión aplicada al inductor (estator) f = frecuencia en Hz U/f=par constante

Par = 7.6 U = 380v F = 50Hz

e) Indique las características de carga típicas, que se puede dimensionar un

variador

1. Par de carga constante: T=cte.; se da en sistemas que tienen siempre (o aproximadamente) el mismo par resistente, como molinos, bombas de pistón, transportadoras en carga (cintas, elevadores, sinfines…). Las curvas de par-velocidad (teórica y real) pueden ser las siguientes:

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

2. Par de carga cuadrático: T n2; el par es proporcional al cuadrado de la velocidad. Es decir, inicialmente muy bajo, va creciendo de forma cuadrática al aumentar la velocidad. Esta característica se da en ventiladores, motores de bombas centrífugas, etc.

3. Potencia constante: (P = M·ω →cte.); al contrario que antes, el par disminuye al aumentar la velocidad, para mantener la potencia constante. Este tipo de demanda, se da en máquinas herramienta (corte), bobinadoras, laminación, etc. A veces se aprovechan las características de sobre-velocidad para mejorar las posibilidades del proceso, si el par necesario no es alto.

f) Indique dos ventajas y dos desventajas de un variador de velocidad vs un

sofstarter.

Ventajas

El par se controla totalmente a cualquier velocidad, lo que evita saltos o bloqueos del motor ante la carga.

No tiene factor de potencia (cos φ = 1), lo que evita el uso de baterías de condensadores y el consumo de energía reactiva (ahorro económico).

ESPE Ing. Danny Sotomayor.

Desventajas

Si no está bien aislado (con filtros) o instalado, puede derivar ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían afectar a otros elementos electrónicos cercanos.

Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversión, que un sistema simple (contactor-guardamotor), si bien a la larga se amortiza el gasto suplementario, por el ahorro energético y de potencia reactiva que aporta el variador.

5. Bibliografía.

DIAGRAMAS DE CONTROL INDUSTRIAL, Ing. Pablo Angulo Sánchez,

Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Quito 1990.

Selection Guide for SMC-Delta™ and SMC-3™ Manual de Usuario PowerFlex4.

Fecha: 23 de febrero de 2015