Control de Procesos Industriales UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERIA MECATRONICA CURSO: CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES TEMA: SIMULACION DE CIRCUITOS DE ARRANQUE DE MOTORES TRIFASICOS INTEGRANTE: MEDINA PALACIOS LUIS EDUARDO DOCENTE: ING. LUIS CALDERON PINEDO AÑO: 2020 P á g i n a 1 | 23 Control de Procesos Industriales Tabla de contenido INTRODUCCION. ....................................................................................................................... 4 OBJETIVOS. ................................................................................................................................ 4 OBJETIVOS GENERALES: .................................................................................................... 4 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ................................................................................................... 4 I. MARCO TEORICO. ................................................................................................................. 5 I.1 CAD: .................................................................................................................................... 5 I.2 CADE SIMU: ...................................................................................................................... 5 I.2.1 Alimentación AC/DC.................................................................................................... 6 I.2.2 Fusibles y seccionadores. .............................................................................................. 7 I.2.3 Interruptores diferenciales y Relés Térmicos................................................................ 7 I.2.4 Contactores: .................................................................................................................. 8 I.2.5 Bobinas: ........................................................................................................................ 8 I.2.6 Motores: ........................................................................................................................ 9 I.2.7 Finales de Carrera: ........................................................................................................ 9 II. RESULTADOS. ..................................................................................................................... 10 II.1 ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFASICO EN ESTRELLA/TRIANGULO CON MANDO MANUAL. .............................................................................................................. 10 II.1.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 10 II.1.2 Leyenda: .................................................................................................................... 11 II.1.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 11 II.2 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON MANDO CON INTERRUPTOR ON/OFF. ..................................................................................................... 12 II.2.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 12 II.2.2 Leyenda: .................................................................................................................... 13 II.2.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 13 II.3 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON MANDO CON INTERRUPTOR Y SEÑALIZACION OPTICA. ................................................................... 14 II.3.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 14 II.3.2 Leyenda: .................................................................................................................... 15 II.3.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 15 II.4 ARRANQUE DIRECTO DE DOS MOTORES TRIFASICOS CON PROTECCION UNICA MAGNETOTERMICA. ............................................................................................ 16 II.4.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 16 II.4.2 Leyenda: .................................................................................................................... 17 II.4.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 17 II.5 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON RELE TERMICO CON MANDO CON PULSADORES PARO/MARCHA. .............................................................. 18 II.5.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 18 II.5.2 Leyenda: .................................................................................................................... 19 P á g i n a 2 | 23 Control de Procesos Industriales II.5.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 19 II.6 ARRANQUE DE TRES MOTORES TRIFASICOS EN ORDEN 1-2-3 CON MANDO CON PULSADORES PARO/MARCHA. .............................................................................. 20 II.6.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: ............................................................. 20 II.6.2 Leyenda: .................................................................................................................... 21 II.6.3 Funcionamiento: ........................................................................................................ 21 CONCLUSIONES. ..................................................................................................................... 23 CONCLUSIONES GENERALES: ......................................................................................... 23 CONCLUSIONES ESPECIFICOS: ........................................................................................ 23 P á g i n a 3 | 23 Control de Procesos Industriales INTRODUCCION. La medición y el control en la industria son muy importantes, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado entre costes y producto final (relación calidad/precio). El control automático de procesos industriales es hoy en día una actividad multidisciplinar, en la que hay que tener en cuenta aspectos técnicos (electrónica, informática de sistemas, etc.), científicos (investigación de nuevos criterios y materiales, etc.) y económicos (mejora de los márgenes comerciales sin perder calidad y competitividad). Los sistemas de control sofisticados del tipo de los instalados mediante complejos elementos de instrumentación, no se han creado de la noche a la mañana, aunque el auge que viven actualmente así lo pueda parecer. Son el resultado de más de cien años de trabajo de fabricantes y usuarios, quienes no han de dejado de buscar las mejores soluciones al control industrial automatizado. A lo largo de la historia se han desarrollado diferentes soluciones tecnológicas a un problema de control automatizado, pudiéndose distinguir en ellas, la evolución que han ido teniendo de acuerdo al desarrollo de las tecnologías en los diferentes instantes. Producto de esto tenemos los diseños asistidos por computadora de circuitos electrotécnicos, los cuales nos permiten dibujar esquemas eléctricos de conexionado y accionamiento de motores trifásicos de forma fácil y rápida, una vez realizado el esquema por medio de la simulación se puede verificar el correcto funcionamiento antes de su implementación física. En el presente trabajo se diseñarán y analizarán una serie de circuitos electrotécnicos de arranque de motores trifásicos en el software CADE SIMU. OBJETIVOS. OBJETIVOS GENERALES: Simular los ejercicios de arranque de motores propuestos en la ficha de practica haciendo uso del software CADE SIMU. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Reconocer la funcionalidad y el alcance de simulación del software CADE SIMU. Identificar y explicar la funcionalidad de cada uno de los componentes que será utilizados en la simulación de arranque de los motores. Explicar el funcionamiento de cada uno de los circuitos electrotécnicos simulados en CADE SIMU. P á g i n a 4 | 23 Control de Procesos Industriales I. MARCO TEORICO. I.1 CAD: Diseño asistido por ordenador (CAD en inglés) es una de las muchas herramientas utilizadas por los ingenieros y diseñadores, y se utiliza de muchas maneras dependiendo de la profesión de los usuarios y el tipo de software en cuestión. CAD también se utiliza para la creación de simulaciones precisas de fotos que se requieren a menudo en la preparación de los Informes de Impacto Ambiental, en la que asistido por ordenador diseños de edificios destinados a que se superponen a las fotografías de los entornos existentes para representar lo que ese lugar será como fueron las propuestas instalaciones que se podría construir. Los parámetros y las restricciones pueden ser utilizados para determinar el tamaño, la forma y los elementos de modelado. Las características del sistema CAD se puede utilizar para la variedad de herramientas de medición, tales como resistencia a la tracción, límite elástico, también su estrés y la tensión y la forma en que el elemento se ve afectado en ciertas temperaturas. Existen editores de programas de CAD eléctrico que ayuda a industriales de la fabricación y producción, mazos eléctricos y a industrias de la construcción a crear y mantener la parte eléctrica de los procesos de producción y productos acabados. I.2 CADE SIMU: CADE SIMU es un programa de CAD electrotécnico que permite insertar los distintos símbolos organizados en librerías y trazar un esquema eléctrico de una forma fácil y rápida para posteriormente realizar la simulación. El programa en modo simulación visualiza el estado de cada componente eléctrico cuando esta activado al igual que resalta los conductores eléctricos sometidos al paso de una corriente eléctrica. Por medio de la interface CAD el usuario dibuja el esquema de forma fácil y rápida. Una vez realizado el esquema por medio de la simulación se puede verificar el correcto funcionamiento. Actualmente dispone de las siguientes librerías de simulación: Alimentaciones tanto de CA como de CC. Fusibles y seccionadores. Interruptores automáticos, interruptores diferenciales, relé térmico, y disyuntores. Contactores e interruptores de potencia. Motores eléctricos. Variadores de velocidad para motores de CA y CC. P á g i n a 5 | 23 Control de Procesos Industriales Contactos auxiliares y contactos de temporizadores. Contactos con accionamiento, pulsadores, setas, interruptores, finales de carrera y contactos de relés térmicos. Bobinas, temporizadores, señalizaciones ópticas y acústicas. Detectores de proximidad y barreras fotoeléctricas. Conexionado de cables unipolares y tripolares, mangueras y regletas de conexión. Figura 1: Interfaz del software CADE SIMU v.3.8 - Fuente: CADE SIMU I.2.1 Alimentación AC/DC. Es la fuente de alimentación o fuente de potencia es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (motores, relés contactores, etc.). Figura 2: Fuentes de alimentación AC/DC - Fuente: CADE SIMU P á g i n a 6 | 23 Control de Procesos Industriales I.2.2 Fusibles y seccionadores. En la electricidad, se denomina fusible a un dispositivo constituido por un soporte adecuado y un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda (por efecto Joule) cuando la intensidad de corriente supere (por un cortocircuito o un exceso de carga) un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos. Figura 3: Fusibles trifásico y de Línea/Neutro seccionable - Fuente: CADE SIMU I.2.3 Interruptores diferenciales y Relés Térmicos. Estos equipos constituyen el sistema más sencillo y conocido de protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo. El principio de funcionamiento es por efecto del calentamiento de elementos bimetales que causan una deformación mecánica, la cual acciona el mecanismo mecánico de disparo. Además, existen los relés térmicos del tipo diferencial, los cuales disponen de un sistema mecánico para protección contra fallos de fase. Estos están basados en el hecho de que la falta de una fase hace que el bimetal de esa fase se enfríe y, por deformación mecánica con respecto a las otras fases, actúe el sistema mecánico de disparo. Figura 4: Relé térmico y Disyuntor trifásico- Fuente: CADE SIMU P á g i n a 7 | 23 Control de Procesos Industriales I.2.4 Contactores: El contactor es un aparato eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico. Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, que pueden estar abiertos o cerrados, y que hacen de interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito. Figura 5: Contactor línea trifásica y líneas auxiliares - Fuente: CADE SIMU I.2.5 Bobinas: La bobina es un electroimán que acciona los contactos cuando le llega corriente, abre los contactos cerrados y cierra los contacto abiertos. De esta forma se dice que el contactor está accionado o "enclavado". Cuando le deja de llegar corriente a la bobina los contactos vuelven a su estado anterior de reposo y el contactor está sin accionar o en reposo. Figura 6: Bobina monoestable y bobina temporizada a conexión - Fuente: CADE SIMU P á g i n a 8 | 23 Control de Procesos Industriales I.2.6 Motores: Los motores trifásicos son máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Están diseñados para funcionar con la potencia de corriente alterna trifásica utilizada en muchas aplicaciones industriales. Un motor monofásico de fase partida o de fase dividida es un motor de inducción con dos bobinados en el estator, uno principal y otro auxiliar o de arranque. Figura 7: Motor trifásico y monofásico - Fuente: CADE SIMU I.2.7 Finales de Carrera: Los interruptores de final de carrera son dispositivos de sensor de proximidad de contacto que constan de un actuador conectado mecánicamente a un conjunto de contactos de salida. Cuando un objeto entra en contacto con el actuador, el dispositivo acciona los contactos para conectar o desconectar una conexión eléctrica. Figura 8: Finales de carrera - Fuente: CADE SIMU P á g i n a 9 | 23 Control de Procesos Industriales II. RESULTADOS. II.1 ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFASICO EN ESTRELLA/TRIANGULO CON MANDO MANUAL. II.1.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 10 | 23 Control de Procesos Industriales II.1.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal. -KM2 : Contactor triangulo. -KM3 : Contactor estrella. -F : Relé térmico. -M : Motor. S1 : Pulsador de parada. S2 : Pulsador de marcha. S3 : Pulsador de estrella/triangulo. H1 : Piloto disparo relé térmico. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.1.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico estrella/triangulo es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el pulsador de marcha para dar inicio al circuito donde se energiza la bobina KM1 la cual activa su contactor respectivo y su contacto NA, este circuito arrancara en configuración estrella al activarse la bobina KM3 y su respectivo contactor, es necesario presionar el pulsador de estrella/triangulo para poder activar la configuración delta para energizar la bobina KM2, activando el contacto NC del contactor KM2 y des energizando la bobina KM3, presionando el pulsador de parada se des energiza el circuito. P á g i n a 11 | 23 Control de Procesos Industriales II.2 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON MANDO CON INTERRUPTOR ON/OFF. II.2.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 12 | 23 Control de Procesos Industriales II.2.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal. -M : Motor. S : Interruptor de parada/marcha. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.2.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico on/off es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el interruptor de parada/marcha S para energizar o des energizar la bobina KM1 para activar/desactivar su contactor respectivo y dar marcha o parar el motor. P á g i n a 13 | 23 Control de Procesos Industriales II.3 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON MANDO CON INTERRUPTOR Y SEÑALIZACION OPTICA. II.3.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 14 | 23 Control de Procesos Industriales II.3.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal. -M : Motor. S : Interruptor de parada/marcha. H1 : Piloto motor parado. H2 : Piloto motor marcha. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.3.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico on/off es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el interruptor de parada/marcha S para energizar o des energizar la bobina KM1 para activar/desactivar su contactor respectivo y dar marcha o parar el motor. Cuando la bobina KM1 se encuentra energizada se activa el contacto NA de KM1 y enciende el piloto H2 indicando motor en marcha, al des energizarse el contacto NC de KM1 enciende el piloto H1 indicando motor parado. P á g i n a 15 | 23 Control de Procesos Industriales II.4 ARRANQUE DIRECTO DE DOS MOTORES TRIFASICOS CON PROTECCION UNICA MAGNETOTERMICA. II.4.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 16 | 23 Control de Procesos Industriales II.4.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal motor 1. -KM2 : Contactor principal motor 2. -F1 : Relé térmico de motor 1. -F2 : Relé térmico de motor 2. -M : Motor 1/2. S0 : Pulsador de parada motor 2. S1 : Pulsador de parada motor 1. S2 : Pulsador de marcha motor 1. S3 : Pulsador de marcha motor 2. H1 : Piloto motor 1 marcha. H2 : Piloto motor 2 marcha. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.4.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico estrella/triangulo es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el pulsador de marcha S2 para dar inicio al circuito donde se energiza la bobina KM1 la cual activa su contactor respectivo y su contacto NA permitiendo poner en funcionamiento el motor 1, presionando el pulsador de parada S1 se des energiza el circuito. Análogamente se hace lo mismo con el motor 2 con sus respectivos pulsadores marcha/parada. P á g i n a 17 | 23 Control de Procesos Industriales II.5 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO CON RELE TERMICO CON MANDO CON PULSADORES PARO/MARCHA. II.5.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 18 | 23 Control de Procesos Industriales II.5.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal. -F1 : Relé térmico. -M : Motor 1. P : Pulsador de parada. M : Pulsador de marcha. H1 : Piloto motor marcha. H2 : Piloto parada relé térmico. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.5.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico estrella/triangulo es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el pulsador de marcha M para dar inicio al circuito donde se energiza la bobina KM1 la cual activa su contactor respectivo y su contacto NA permitiendo poner en funcionamiento el motor 1, presionando el pulsador de parada P se des energiza el circuito. En caso de presentar un sobrecalentamiento en el relé térmico se accionarán los contactos NC del relé F1 des energizando la bobina y activando el contacto NA del relé, el cual energizara el piloto de parada por relé térmico P á g i n a 19 | 23 Control de Procesos Industriales II.6 ARRANQUE DE TRES MOTORES TRIFASICOS EN ORDEN 1-2-3 CON MANDO CON PULSADORES PARO/MARCHA. II.6.1 Diagrama de Fuerza – Diagrama de mando: P á g i n a 20 | 23 Control de Procesos Industriales II.6.2 Leyenda: -Q -KM1 : Contactor principal motor 1. -KM2 : Contactor principal motor 2. -KM3 : Contactor principal motor 3. -F1 : Relé térmico de motor 1. -F2 : Relé térmico de motor 2. -F3 : Relé térmico de motor 3. -M : Motor 1/2/3. ST : Pulsador de parada. S1 : Pulsador de marcha motor 1. S2 : Pulsador de marcha motor 2. S3 : Pulsador de marcha motor 3. H1 : Piloto motor 1 marcha. H2 : Piloto motor 2 marcha. H3 : Piloto motor 3 marcha. H4 : Piloto paro relé térmico. : Interruptor magnetotérmico general/circuito de mando. II.6.3 Funcionamiento: En este arranque de motor trifásico estrella/triangulo es necesario usar una alimentación trifásica con puesta a tierra para el circuito de fuerza y usar una alimentación monofásica para el circuito de mando. P á g i n a 21 | 23 Control de Procesos Industriales Para energizar al circuito es necesario cambiar el estado a cerrado al disyuntor -Q de circuito de mando y del circuito de potencia, posteriormente debe presionar el pulsador de marcha S1 para dar inicio al circuito donde se energiza la bobina KM1 la cual activa su contactor respectivo y su contacto NA permitiendo poner en funcionamiento el motor 1, presionando el pulsador de parada S1 se des energiza el circuito. Análogamente se hace lo mismo con el motor 2 y 3 con sus respectivos pulsadores marcha, aclarando que el pulsador ST des energiza los 3 motores en simultaneo. Los contactos NA/NC de los 3 relés térmicos se encuentran configurados en serie, de tal modo que si presentase un sobrecalentamiento sobre uno de los relés se des energizarían los 3 motores abriéndose el contacto NC y cerrándose el contacto NA indicando con la luz piloto el motor sobre el cual se encuentra un sobrecalentamiento con el piloto H4. P á g i n a 22 | 23 Control de Procesos Industriales CONCLUSIONES. CONCLUSIONES GENERALES: Se logro simular los ejercicios de arranque de motores propuestos en la ficha de practica haciendo uso del software CADE SIMU. CONCLUSIONES ESPECIFICOS: Se puedo reconocer la funcionalidad del software CAD y el alcance de simulación del software CADE SIMU. Se pudo identificar y explicar la funcionalidad de cada uno de los componentes utilizados en la simulación de arranque de los motores a través del marco teórico presentado. Se explico el conexionado y funcionamiento de cada uno de los circuitos electrotécnicos simulados en CADE SIMU. 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