• Módulo de salidas• El modulo de salidas del autómata es el

encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc.).

• Módulos de salida discreta• Al igual que los módulos de entrada discreta, estos

módulos se usan como interfase entre la CPU del controlador y los actuadores, a los que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos: activado o desactivado. Los actuadores que se conectan a estas interfases pueden ser contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc.

• b) Módulos de salida analógica

Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o corriente que varían continuamente. Están constituidos básicamente por dispositivos multiplexores, convertidores digital-análogo (DAC), optoacopladores, etc.

Programación de LOGO

• Primeros pasos con LOGO!

• Por programación se entiende aquí la introducción de uncircuito. Un programa LOGO! equivale sencillamente a un esquema de circuitos, pero representado de manera algo diferente.

• La representación se ha adaptado al display de LOGO!.

En el presente capítulo se expone cómo puede Ud. Convertir mediante LOGO! sus aplicaciones en programas LOGO!.

• Para concluir ahora la introducción de programa, tal como sigue:

• 1. Volver al menú de programación: Tecla ESCSi no se regresa al menú de programación, significa queUd. se ha olvidado de cablear íntegramente un bloque.LOGO! muestra el punto del programa donde se olvidóalgo (por razones de seguridad, LOGO! acepta sólo programascompletos).

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CON PLC´s

OBJETIVOS

• Diferenciar la lógica cableada de la lógica programable.• Diferenciar las ventajas y desventajas de un tablero

eléctrico convencional.• Conocer el funcionamiento y arquitectura de los PLC´s• Identificar al Controlador Lógico Programable (PLC)

como un dispositivo electrónico utilizado para laautomatización.

• Conocer los tipos de Lenguajes de Programación, así como el direccionamiento de las entradas y las salidas

• Plantear soluciones a problemas básicos mediante el uso de: Plano de Funciones y Diagrama Escalera

Antes de continuar definamos un

“Sistema de Control”

Un sistema de control es el procesamiento lógico de señales de entradas para activar salidas deseadas.

Entrada

Lógica

Salida

El cuerpo humano es un ejemplo de un Sistema de Control

Entrada

Lógica

SalidaVer – OjosOír – Oídos

Probar – LenguaSentir – PielOler – Nariz

HablarCaminarMover

Cerebro

En la industria tradicional un sistema de control está compuesto

de la siguiente manera:Lógica SalidasEntradas

Temporiza-dores.

Contadores

Relés.

PulsadorMarcha

PulsadorParo

Interruptor de posición

Contactorde Fuerza

Lamparas

Display

..donde las funciones lógicas están determinadas por la forma

del cableadoTABLERO DE CONTROL

DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y

SALIDA Cableado

TABLEROS ELÉCTRICOS

Un tablero eléctricoconvencional es aquelque está constituido,básicamente, porequiposelectromagnéticos

COMPONENTES DE UN TABLERO

Contactores, relés de protección, relésauxiliares, fusibles, temporizadores,contadores, etc.

COMPONENTES DE UN TABLERO

Lámparas Pulsadores

Selectores

Interruptores de límite

Los tableros eléctricos a base derelés son aún, en muchasempresas, el soporte para laautomatización de sus procesosindustriales.

Tablero Eléctrico Convencional

… y ¿Cómo se ve?

• Es fácil encontrar personas para su instalación, mantenimiento y reparación.

• Existe gran cantidad de material de consulta .

• Y aprender su lógica resulta sencilla.

¿Por qué son tan populares los tableros a base de relés?

L1 L2

1PB

1CR

1CR 2CR 3CR4CR

2CR1LS

3CR1PS

1

4

2

3

4

4

4

Además ...

• Sus componentes son fáciles de adquirir.

• Se cablean empleando diagramas tipo escalera.

• Para aplicaciones pequeñas es menos costoso.

• Ocupan mucho espacio.

• Generalmente implican altos costos.

• Es muy laboriosa la identificación y reparación de una falla.

• Requiere mantenimiento periódico.

… y ¿Cuáles son sus desventajas?

• No son muy versátiles a nuevassituaciones.

• Tienen un mayor consumo deenergía.

• Con el tiempo se incrementanlas probabilidades de fallas.

Además...

En las plantas modernas ...

Muchos componentes de estos tableros han sido reemplazados por equipos electrónicos...

LOS PLC´s COMO ALTERNATIVA PARA LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

¿ Qué es un PLC´s?

Definición de NEMA

“Es un aparato digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, que permite la implementación de funciones especificas (tales como lógica, secuencias, temporizados, conteos, aritmética) con el objeto de controlar máquinas y procesos”

Funcionamiento

Para explicar el funcionamiento del PLC, sepueden distinguir las siguientes partes:– Interfaces de entradas y salidas– CPU (Unidad Central de Proceso)– Memoria– Dispositivos de Programación

• El usuario ingresa el programa a través del dispositivo adecuado (un cargador de programa o PC) y éste es almacenado en la memoria de la CPU.

• La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la información que recibe del exterior a través de la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a través de la correspondiente interfaz de salida.

• Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las señales internas a niveles del la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activación de una salida, la interfaz adapta la señal y acciona un componente (transistor, relé, etc.)

Funcionamiento

Funcionamiento

• Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas. • A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado

leído. • Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de

diagnóstico y comunicación. • Al final del ciclo se actualizan las salidas. • El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número

de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.

Funcionamiento

Ejecución Cíclica del Programa

Módulo deEntrada

Módulo deSalida

Se vuelca el contenido de la Imagen de Proceso de Salida (PAA) en los Módulos de Salidas

Ejecución del OB1 (ejecución cíclica)

Eventos (interrupción de tiempo, hardware, etc.) Rutinas de Interrupción.

Lectura de los Estados de los Módulos de Entrada,Almacenando los datos en la Imagen de Proceso de Entrada (PAE)

Comienzo del Ciclo de Autómata

Cic

lo d

e la

C

PU

max

. 300

ms

BloqueOB 1

LD E 0.1 A E 0.2= A 0.0

Programa de Usuario

::

A E 2.0= A 4.3

::::

Byte 0Byte 1Byte 2

:::

Memoria de la CPU

PAA

1

Byte 0Byte 1Byte 2

:::

PAE

Memoria de la CPU

1

Imágenes de Proceso

Funcionamiento

Ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas electromecánicos

Menor costo. Fácil Programación Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a

realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema. Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la

operación del sistema. Confiabilidad: La probabilidad que un PLC falle por

razones constructivas es insignificante Espacio: Modularidad Estandarización Versatilidad Integración en Redes Industriales

AUTOMATIZACIÓN DE VIVIENDAS DOMÓTICA

Gestión de alarmas

Detección y aviso de incendios

Detección, corte de suministro y aviso de fugas de gas

Detección, corte de suministro y aviso de fugas de agua

Detección y aviso de intrusos (interior, exterior)

CalefacciónGrupos, horarios, termostatos, sonda de

temperatura, visualización, ventanas abiertas

Control de cargasCon./descon. de tomas de red, asignación de

grupos, gestión horaria, presencia, temperatura

IluminaciónAsignación de grupos, gestión horaria,

presencia, luminosidad

ComunicacionesAviso de alarmas y conex./descon. de:

alarmas, calefacción, simulación de presencia, iluminación y cargas.

Toldos y persianasGrupos, horarios y

condiciones climáticas

Riego del jardínAsignación de zonas, horarios,

secuencialidad y condiciones climáticas

Simulación de presenciaMediante iluminación, cargas y

persianas. Gestión aleatoria.

Funciones Lógicas

Un diagramaeléctricorepresenta laconexión entrelos diferentescomponentesdel tablero

eléctrico.

L1 L2StartStop

1CR

1CR

1M OL2M

2TD

1CR

1TD

OL1M

1CR

2TD

1TD

1TD

Set at15 secOff Delay

Set at30 secOn Delay

1

3

2

4

5

6

7

2

7

7

5, 6

R

Funciones Lógicas

Esta conexión se realizacumpliendo ciertas reglas lógicas,las que se basan en el álgebrabooleana, y que veremos acontinuación.

Funciones Lógicas

Las señales eléctricas sonseñales binarias, y estas sepueden procesar empleandolas tres operaciones:

L1 L2StartStop

1CR

1CR

1M OL2M

2TD

1CR

1TD

OL1M

1CR

2TD

1TD

1TD

Set at15 secOff Delay

Set at30 secOn Delay

1

3

2

4

5

6

7

2

7

7

5, 6

R

Y (AND)O (OR)NO (NOT)

Operaciones Lógicas

La señal de salida es 1 únicamente si todas las señales de entrada son 1.

Lógica “Y” AND

&a

by

L1 L2Circuitos Series

a by

a

b

y

L1

L2

a . b y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Símbolo:Lógica:

Operaciones Lógicas

Se conoce también como producto de boole “ ^ ”

Lógica “Y” AND L1 L2Circuitos Series

a by

a

b

y

L1

L2

Ecuación:y = a.b y = a ^ b

Operaciones Lógicas

La señal de salida es 1 si al menosuna de las señales de entrada es1.

Lógica “O” OR

≥a

by

a + b y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

L1 L2Circuitos paralelos

ay

a b

y

L1

L2

bSímbolo: Lógica:

Operaciones Lógicas

Se conoce también como suma de boole “ + ”

Lógica “O” OR L1 L2Circuitos paralelos

ay

a b

y

L1

L2

bEcuación:

y = a + b y = a v b

Operaciones Lógicas

La señal de salida es 1 si la señal de entrada es 0. Si esta es 1, la salida

es 0

Lógica NO NOT

a y0 1

1 01a y

Contacto negadoL1 L2

a y

a

y

L1

L2

Símbolo: Lógica:

Operaciones Lógicas

Se conoce también como complemento deboole “ ¬ ”

Lógica NO NOT Contacto negadoL1 L2

a y

a

y

L1

L2

Ecuación:

y = a

Ejemplo 1:Se tienen tres pulsadores a, b, c.El vástago de un cilindro de doble efectodebe salir siempre que se accionencomo mínimo dos de ellos. Al soltar unoo los dos, el vástago regresa a suposición inicial.Se pide:• El circuito eléctrico de mando.• El plano de funciones.

… veamos un ejemplo de operaciones lógicas

Y1

a b c

Ejemplo de Operaciones Lógicas

a b c

K1 K3 K3

K2 K3K3

K1 K2K1

Y1

L1

L2

1° Empleando relés auxiliares:

Solución:Tenemos dos alternativas eléctricas

Ejemplo de Operaciones Lógicas

Solución:

2° Simplificando, empleando pulsadores con doble contacto:

Y1

a

b

c

L1

L2

Ejemplo de Operaciones Lógicas

Y1

&

&

&

1

ab

cY1

ab

c

Solución en plano de funciones:

Su ecuación booleana:a.b + a.c + b.c = Y1

Si no se presiona ningún pulsador entonces no seenergizará el solenoide Y1.

Ejemplo de Operaciones Lógicas

Y1

ab

c

&

&

&

1

00

0 Y10

0

0

0

Si sólo se presiona uno de ellos (cualquiera), no se activa el solenoide, y no saldrá el vástago.

Ejemplo de Operaciones Lógicas

Y1

ab

c

&

&

&

1

01

0 Y10

0

0

0

Si se acciona dos pulsadores, entonces el solenoide seenergiza y el vástago del cilindro sale.

Ejemplo de Operaciones Lógicas

&

&

&

1

11

0 Y11

1

0

0

ab

c Y1

Ejemplo de Operaciones Lógicas

Y1

&

&

&

1

11

0 Y11

1

0

0

ab

c

&

&

&

1

01

1 Y11

0

0

1

ab

c

&

&

&

1

10

1 Y11

0

1

0

ab

c

estas son todas las alternativas:

Programación

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA PLC´s BASADOS EN LA NORMA IEC 1131-3

La norma IEC 1131-3 establece los estándares para la programación de losPLC´s, los fabricantes de estos deben contar con un software en el que sepuedan realizar la programación manteniendo estos estándares, losLenguajes de Programación que están normalizados son:

• Lenguajes Textuales– Lista de Instrucciones (AWL)

• Lenguajes Gráficos– Plano de Funciones (FUC)– Esquemas de Contactos (KOP o LD)– Diagrama Funcional Secuencial (GRAFCET)

Programación

U E 0.0U E 0.1= A0.0

AWL

E 0.0 E 0.1 A 0.0

KOP

El esquema de contactos (KOP) es un lenguaje de programación

gráfico con componentes similares a los elementos de un

esquema de circuitos.

La lista de instrucciones (AWL) comprende un juego de

operaciones nemotécnicas que representan las funciones de la

CPU.

AND A 0.0E 0.0

E 0.1

FUP

El Esquema de Funciones Lógicas utiliza “cajas” para

cada función. El símbolo que se encuentra dentro de la caja

indica su función (p.e. & --> operación AND).

Operaciones Lógicas a Nivel de Bit: AND, OR

KOP FUP AWLEsquema del Circuito

E 0.0 E 0.1 A 0.0=

A 0.0ANDE 0.0

E 0.1

U E 0.0U E 0.1= A 0.0

L1(A 0.0)

S1 (E 0.0)

S2 (E 0.1)

OR

AND

E 0.2

E 0.3OR

=A 0.2 O E 0.2

O E 0.3= A 0.2

E 0.2

E 0.3

A 0.2

L3 (A 0.2)

S3(E 0.2)

S4(E 0.3)

Direccionamiento

• La designación de un bit se debe hacer de la siguiente manera según sea la señal:

E ó I Entrada IA ó Q Salida OM Marca (Bit interno) B

• Luego se debe indicar la dirección separando con un punto el número de byte y el número de bit, por ejemplo: una entrada llega al grupo del byte 124, y al bit 5

TIPO DE SEÑAL NÚMERO DE BYTE NÚMERO DE BIT

E 124.5 E 124 . 5

SIEM

EN

AB

Direccionamiento

SIEMNES ABENTRADA E 10.5

I 124.1I:10/5I:15/2

SALIDA A 124.5Q 12.5

O:6/5O:2/7

MARCA/BIT M 1.6 B3:0/0

Contactos NA y NC. Sensores y Símbolos

Estado dela Señal

en laSalida

Comprobar el estado “1”

Símbolo /Instrucción

Resultado

Comprobar el estado “0”

Símbolo /Instrucción

Resultado

Presente

Voltajeen la

Entrada

NoPresente

Presente

NoPresente

Tipo desensor

Estado del Sensor

1

0

0

1

“Si”1

KOP:

“NormalmenteAbierto”

&

FUP:

&

FUP:

KOP:

“NormalmenteCerrado”

“No”0

“No”0

“No”0

“No”0

Proceso Evaluación del Programa en el PLC

Activado

NoActivado

Activado

NoActivado

ContactoNA

ContactoNC

“Si”1

“Si”1

“Si”1

LABORATORIO Nº 1

F1 Interruptor normalmente cerrado relé térmico I:1/0S1 pulsador normalmente cerrado de parada I:1/1

S2 pulsador normalmente abierto marcha I:1/2S3 pulsador normalmente cerrado I:1/3

S4 interruptor mecánico de fin de carrera NC I:1/4S5 interruptor mecánico de fin de carrera NC I:1/5

K1B bobina del contactor K1B O:2/0K2B bobina del contactor K2B O:2/1

LABORATORIO Nº 1

SEG 1UN "F1"UN "S1“

U(U "S2"UN "S3"O "K1B")UN "S4"UN "K2B"= "K1B"

SEG 2UN "F1"UN "S1”

U(UN "S2"U "S3"O "K2B")UN "S5"UN “K1B"= "K2B"

DIAGRAMA DE CONTACTOS LISTA DE INSTRUCCIONES

DIAGRAMA DE CONTACTOS USANDO LÓGICA INVERSA

LABORATORIO Nº 1SEG 1

SEG 2

+ 24 -DC OUT

DCCOM I/0 I/1 I/2 I/3 DC

COM I/4 I/5 I/6 I/7 I/8 I/9 I/10 I/11

L1 L285-264 VAC

VACVDC

VACVDC

VACVDC

VACVDCO/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 O/6 O/7 NOT

USED

MicroLogix1000

ANALOG

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6 7

OASHD

OA/0V(+)

OA/0I(+)

OA(-)

NOTUSED

IASHD

IA/0V(+)

IA/1V(+

)

IA(-)

IASHD

IA/2I(+)

IA/3I(+)

IA(-)

LABORATORIO Nº 1

220VACK2BK1B

F1 S1 S2 S3 S4 S5

VARIADORES DE VELOCIDAD

VARIADORES DE VELOCIDAD

Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicosque permiten variar la velocidad y la cupla de los motoresasincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijasde frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.

Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de laaplicación sean:

Dominio de par y la velocidadRegulación sin golpes mecánicosMovimientos complejosMecánica delicada

Los variadores de velocidad están preparados para trabajarcon motores trifásicos asincrónicos de rotor jaula. La tensiónde alimentación del motor no podrá ser mayor que la tensiónde red.

El dimensionamiento del motor debe ser tal que la cuplaresistente de la carga no supere la cupla nominal del motor, yque la diferencia entre una y otra provea la cupla acelerantey desacelerante suficiente para cumplir los tiempos dearranque y parada.

El Convertidor de Frecuencia

Se denominan así a los variadores de velocidad querectifican la tensión alterna de red (monofásica o trifásica),y por medio de seis transitores trabajando en modulaciónde ancho de pulso generan una corriente trifásica defrecuencia y tensión variable. Un transistor más, llamado defrenado, permite direccionar la energía que devuelve elmotor (durante el frenado regenerativo) hacia unaresistencia exterior. A continuación se muestra un diagramaelectrónico típico:

La estrategia de disparo de los transistores del onduladores realizada por un microprocesador que, para lograr elmáximo desempeño del motor dentro de todo el rango develocidad, utiliza un algoritmo de control vectorial de flujo.

Este algoritmo por medio del conocimiento de losparámetros del motor y las variables de funcionamiento(tensión, corriente, frecuencia, etc.), realiza un controlpreciso del flujo magnético en el motor manteniéndoloconstante independientemente de la frecuencia de trabajo.

Al ser el flujo constante, el par provisto por el motortambién lo será.

Circuito Recomendado

El circuito para utilizar un variador debe constar conalgunos de los siguientes elementos:

Interruptor Automático

Su elección está determinada por las consideracionesvistas en el capítulo 1. La corriente de líneacorresponde a la corriente absorbida por el variador a lapotencia nominal de utilización, en una red impedanteque limite la corriente de cortocircuito a:

22kA para una tensión de alimentación de 400v-50Hz.65kA para una tensión de alimentación de 460v-60Hz.

Contactor de Línea

Este elemento garantiza un seccionamiento automáticodel circuito en caso de una emergencia o en paradaspor fallas. Su uso junto con el interruptor automáticogarantiza la coordinación tipo 2 de la salida y facilita lastareas de puesta en marcha , explotación ymantenimiento.

La selección es en función de la potencia nominal y dela corriente nominal del motor en servicio S1 y categoríade empleo AC1

Filtro de Radio Perturbaciones

Estos filtros permiten limitar la propagación de losparásitos que generan los variadores por conducción, yque podrían perturbar a determinados receptoressituados en las proximidades del aparato (radio,televisión, sistemas de audio, etc.).

Estos filtros sólo pueden utilizarse en redes de tipo TN(Puesta al neutro) y TT (neutro a tierra).

Existen filtros estándar para cada tipo de variador.Algunos variadores los traen incorporados de origen.

Resistencia de Frenado

Su función es disipar la energía de frenado, permitiendoel uso del variador en los cuadrantes 2 y 4 del diagramapar-velocidad. De este modo se logra el máximoaprovechamiento del par del motor, durante el momentode frenado y se conoce como frenado dinámico.

Normalmente es un opcional ya que sólo es necesariaen aplicaciones donde se necesitan altos pares defrenado.

Recomendaciones de Instalación

Debe haber una separación física entre los circuitos de potencia ylos circuitos de señales de bajo nivel.

La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de bajaimpedancia.

Cables con la menor longitud posible.

El variador debe estar lo más cerca posible del motor.

Cuidar que los cables de potencia estén lejos de cables de antenasde televisión, radio, televisión por cable o de redes informáticas.

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD ELECTRÓNICOS

Aceleración controladaLa aceleración del motor se controla mediante una rampade aceleración lineal o en «S». Generalmente, esta rampaes controlable y permite por tanto elegir el tiempo deaceleración adecuado para la aplicación.

Variación de velocidadUn variador de velocidad no puede ser al mismo tiempoun regulador. En este caso, es un sistema, rudimentario,que posee un mando controlado mediante las magnitudeseléctricas del motor con amplificación de potencia, perosin bucle de realimentación: es lo que se llama «en bucleabierto».

Regulación de la velocidad

Un regulador de velocidad es un dispositivo controlado.Posee un sistema de mando con amplificación depotencia y un bucle de alimentación

La velocidad del motor se define mediante una consignao referencia. El valor de la consigna se comparapermanentemente con la señal de alimentación, imagende la velocidad del motor. Esta señal la suministra ungenerador tacométrico o un generador de impulsoscolocado en un extremo del eje del motor.

Deceleración Controlada

Cuando se desconecta un motor, su deceleración sedebe únicamente al par resistente de la máquina(deceleración natural). Los arrancadores y variadoreselectrónicos permiten controlar la deceleración medianteuna rampa lineal o en «S», generalmente independientede la rampa de aceleración.

Esta rampa puede ajustarse de manera que se consigaun tiempo para pasar de la velocidad de régimen fijada auna velocidad intermediaria o nula

Inversión del sentido de marcha

La mayoría de los variadores actuales tienenimplementada esta función. La inversión de la secuenciade fases de alimentación del motor se realizaautomáticamente o por inversión de la consigna deentrada, o por una orden lógica en un borne, o por lainformación transmitida a mediante una red.

Frenado

Este frenado consiste en parar un motor pero sincontrolar la rampa de desaceleración. Con losarrancadores y variadores de velocidad para motoresasíncronos, esta función se realiza de formaeconómica inyectando una corriente continua en elmotor, haciendo funcionar de forma especial la etapade potencia.

Protección integrada

Los variadores modernos aseguran tanto la proteccióntérmica de los motores como su propia protección. Apartir de la medida de la corriente y de una informaciónsobre la velocidad (si la ventilación del motor dependede su velocidad de rotación), un microprocesadorcalcula la elevación de temperatura de un motor ysuministra una señal de alarma o de desconexión encaso de calentamiento excesivo.

PRINCIPIOS DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD AC

Principios del Motor de Inducción de Jaula de Ardilla

Construcción:El motor de Inducción

Trifásico es el mas usado en la industria,

es eficiente confiable y robusto. Es usado para

manejar Bombas, Ventiladores, fajas y todo tipo de equipos.

El cuerpo del motor es llamado frame, es usualmente hecho en hierro fundido o aluminio.

El estator esta construido de acero siliconado yensamblado en un cilindro hueco dentro del frame delmotor. Un bobinado de tres fases esta dispuesto en lasranuras del estator.

El rotor es un conjunto de láminas de acero apiladas juntas formandoel núcleo del rotor. Una barra de aluminio es colocada en las aberturasdel núcleo del rotor, formando una serie de conductores alrededor delperímetro del rotor. La corriente fluye a través de los conductorescreando el electroimán. Las barras conductoras son conectadasmecánicamente y eléctricamente en el anillo terminal. El núcleo delrotor esta montado en un eje de acero para formar el armazón del rotor

Torque y Corriente Vs. VelocidadLa característica de torque y corriente en función de la velocidad del motor es mostrada en la siguiente figura. Se observa que el motor presenta gran consumo de corriente en el arranque (hasta 6 veces

su valor nominal) al ser aplicado su voltaje nominal en sus bornes. El torque alcanza el 200% de su valor nominal.

La velocidad de rotación del campo magnético del estator determinala velocidad del rotor, y la fuerza de os campos magnéticos determinala fuerza de atracción entre ellos. Dicha fuerza de atracción esconocida como torque y se mide en Libras fuerza-pie (lb-ft) o Newton-metro (N-m)

La velocidad del rotor, para un motor de inducción, siempre es menorque la velocidad sincrona (velocidad de rotación del campo magnéticodel estator) dicha diferencia de velocidad se denomina deslizamiento(“slip” en ingles) y su ecuacion es la siguiente:

NsNrNsS −

=Ns : Velocidad Sincrona.

Nr : Velocidad en el eje.

%77.21001800

17501800=

−= xSnom

Respecto al deslizamiento, se puede decir que dicho valor aumentaen forma proporcional a la carga, es decir, a mayor carga, eldeslizamiento se incrementa, de la figura podemos deducir eldeslizamiento a carga nominal y a dos veces su carga nominal:

%16.41001800

17251800=

−= xSnom

Numero de PolosEl numero de polos afecta a la velocidad de rotación de la maquina:

PfNs 120

=Ns: velocidad sincrona

P: numero de polos

Control de velocidad en motores de Inducción

Para poder controlar la velocidad de los motores de jaulade ardilla, tendríamos que controlar el numero de polos o lafrecuencia de suministro al cual esta conectado. Laecuación de la velocidad en el eje del motor es la siguiente:

Sp

fNr −=120

Podemos entonces concluir que hay tres formas de podercambiar la velocidad en un motor de inducción:

a) Cambio del Numero de Polos.

Esto requiere que el bobinado del estator tenga dosbobinados, aquí el control de velocidad no escontinuo, es decir un motor de 2/4 polos a 50 Hz.Tendra dos velocidades sincronas, 3000 y 1500 RPM.

b) Cambio de la cantidad de deslizamiento

Esto puede ser realizado ajustando el voltaje desuministro al motor. Esto causaría que el torquetambién se reduciría, siendo este hecho inaceptablepara las condiciones de trabajo.

c) Ajuste de la frecuencia de suministro al motor

Este método es usado por los controladores develocidad electrónicos, esto genera un conjunto defamilias de curvas torque velocidad, cada una conuna velocidad sincrona correspondiente a lafrecuencia suministrada al motor.

Controladores de Frecuencia Variable

Para mantener el campo magnético interno del motor a los nivelesadecuados, al mismo tiempo que es ajustado la frecuencia desuministro del motor, necesitamos ajustar el voltaje de suministro. Elrequerimiento es mantener un ratio de voltaje y frecuencia constante(V/Hz)

Hay que recordar que un débil campo magnético provocara perdidaen el torque del motor y un exceso de campo magnético causarasaturación y sobrecalentamiento. De la figura anterior se puede verque cuando se incrementa la frecuencia de salida, la proporción V/Hzse mantiene constante hasta que el voltaje del motor alcance el100% de su voltaje nominal. Para velocidades superiores a lanominal, el voltaje al motor no puede aumentar, causando unareducción al torque del motor para velocidades superiores a lanominal.

Para mejorar el torque del motor a bajas velocidades, se puede aplicar un estimulo (BOOST). Esto se realiza incrementando el voltaje de

salida a bajas velocidades, como se ve en la figura anterior.

Principios de Los Variadores de Velocidad

Diagrama de Bloques de un Variador de Frecuencia

Las etapas del variador son las siguientes:

Convierte la entrada de AC (corriente alterna) en DC (corriente directa). Para la entrada de 400 Vac, el nivel de

DC es aproximadamente 560 Vdc. (Ver la siguiente figura). Para una tensión estándar de 400VAC de

entrada, el voltaje de salida del rectificador es de 560 VDC, con algo de Ripple superpuesto en la señal. El

ripple es una pequeña señal de voltaje a una frecuencia de 360 Hz.

RECTIFICADOR:

Rectificador Trifásico de seis pulsos

Para eliminar el ripple de la salida del rectificador se usa un filtro. El filtro usa dos bobinas de choque, una en el lado positivo y otra en el lado negativo. El filtro también utiliza un capacitor. Los capacitores son electrolíticos y tienen alta capacitancia, para poder mantener la carga. Estos capacitores son de 400Vdc y para poder trabajar con el

voltaje de salida del Bus de DC, se conectan dos capacitores en serie. Los resistores conectados en los capacitores, dispuestos en conexión serie, ayudan a compartir el voltaje del Bus de DC entre

ellos.

Los capacitores del filtro pueden alcanzar una gran corriente en el primer instante de carga, esta corriente es apreciable en el

momento en el que se enciende el equipo y pueden quemar los fusibles o dañar a los diodos.

FILTRO:

Por eso un circuito de carga suave se adiciona para ayudar a limitarlas corrientes a un nivel seguro. Las corrientes de carga fluyen através de los resistores de carga, cuando los capacitores se hayancargado el resistor es eliminado mediante un contactor o relay. Losvariadores actuales utilizan un transistor de potencia en lugar delrelay o contactor.

INVERSOR:Después de la etapa de filtrado, el voltaje DC es aplicado a uncircuito puente Inversor, este circuito se encargara de invertir elvoltaje DC a AC a una frecuencia y voltaje variable. Este tiene seisTransistores Bipolares de Compuerta Aislada (IGBTs)

Operación del IGBT:

En un IGBT el gate (g) y el emisor (e) pueden serconcebidos como los terminales de control y el colector(c) con el emisor (e) como los terminales de potencia. Alconectar un voltaje entre g y e (Vge=10 Vdc) laresistencia entre c y e es pequeña y enciende cualquiercarga conectada en el circuito del colector. El trabajoque realiza un IGBT puede ser realizado por un circuitode relay, pero las ventaja del IGBT es que puedeencender una carga en 2 microsegundos, mientras queun circuito de relay tomaría 10 milisegundos.

Configuración del Puente inversor

En la figura se puede ver la configuración del circuito puente

inversor con 6 IGBTs. La alternación de los IGBT’s es tal que cuando el IGBT superior de

cada fase esta encendido, el IGBT inferior de la fase

correspondiente este apagado y visceversa. Si vemos desde el

punto centro de cada fase donde el motor esta conectado, este alternaria periodicamente los

lados positivos y negativos con el Bus de DC.

Si las tres fases son alternadas de esta

manera, pero con la alternancia de cada fase

retrasada un tercio de un ciclo, atrasado de la

fase previa, las tres formas de onda del

punto centro (VA0, VB0, VC0) serian tal como se

muestra en la figura.

El motor recibe entre sus terminales la diferencia de voltajes entre

cualquiera de las dos salidas de A, B y C. En la figura se muestra la forma de onda de voltaje de línea

(VAB, VBC, VCA) que recibe el motor.

Esta forma de onda de voltaje es llamado “quasi square-wave” y causa una forma de onda de

corriente en el motor mostrada en la figura inferior.

Modulación

La forma de onda de corriente del motor mostrada en la figura anterior, no es muy buena ya que tiene un alto contenido de

armónicos que causaría ruidos y sobrecalentamiento en el motor. Para mejorar la forma de onda hay modular la onda de voltaje. Para realizar esto hay que ajustar el valor medio del voltaje de salida de tal manera que la forma de onda de corriente sea mas sinusoidal

En la siguiente figura se muestra esta técnica. El ancho y el numero de pulsos son ajustados electrónicamente, de tal manera

que la onda de corriente se aproxime a una onda senoidal.

En esta ilustración hay 16 pulsos insertados en un ciclo. En un variador, el numero de pulsos puede llegar hasta

80, haciendo que la forma de onda de corriente sea mas senoidal.

CONSIDERACIONES DE CARGA PARA LA SELECCIÒN DE VARIADORES

CARGAS DE TORQUE CONSTANTEEste tipo de carga es una de las másfrecuentes encontrada. En este grupo, eltorque demandado por la carga esconstante a través de todo el rango develocidad. La carga requiere la mismacantidad de torque a bajas y altasvelocidades. Cargas de éste tipoesencialmente son cargas de fricción. Enotras palabras, las características detorque constante son necesarias parasuperar la fricción.

HP = Torque x Velocidad 5 252

Torque = lb – pie Velocidad = RPM

5 252 = constante de proporcionalidad

Ejemplo de éste tipo de cargas son los transportadores, extrusores, etc.

CARGAS DE POTENCIA CONSTANTE

En éste tipo de cargas, la potencia demandada por la carga es constante dentro del rango de velocidad. La

carga requiere alto torque a baja velocidad. De la

ecuación anterior se puede ver que si la potencia se mantiene constante, el torque disminuirá si la

velocidad se incrementa. Dicho de otro modo, la

velocidad y el torque son inversamente proporcionales

una de la otra.

Ejemplos de éste tipo de cargas son los bobinadores con accionamiento central y mandriles de máquinas – herramientas. Un

ejemplo específico de ésta aplicación podría ser un torno que requiere baja velocidad para corte grueso y alta velocidad para corte fino, donde

se remueve poco material. Usualmente se requieren torques de arranque muy altos para una rápida aceleración.

CARGAS DE TORQUE VARIABLE

Con éste tipo de carga, el torque esdirectamente proporcional a algunafunción matemática de la velocidad,usualmente la velocidad al cuadrado(velocidad2).

Torque constante x (velocidad)2

La potencia típicamente esproporcional a la velocidad al cubo(velocidad)3.

Ejemplos de cargas que exhiben características de cargade torque variable son los ventiladores centrífugos,bombas y sopladores. Este tipo de carga requiere muchomenor torque a baja velocidad que a altas velocidades.

Características de potencia y torque Ejemplos de aplicaciónPotencia constante. El torque varía

inversamente con la velocidad.

Herramientas de corte de metal que operan en un ampliorango de velocidades. Algunas extrusoras, mezcladoras,máquinas especiales donde la operación de baja velocidadpuede ser continuada.

Torque constante. La potencia varia con la velocidad

Maquinaria en general, montacarga, transportadores, prensasde impresión, etc. Representan el 90% de las aplicaciones.

Con exponente al cuadrado.

La potencia varía como la velocidad al cuadrado.El torque varía con la velocidad.

Bombas de desplazamiento positivo, algunas mezcladoras yextrusoras.

Con exponente al cubo.

La potencia varía como la velocidad al cubo. El torque varía como la velocidad al cuadrado.

Todas las bombas centrífugas y algunos ventiladores (la potencia en los ventiladores puede variar como la quinta potencia de la velocidad).

Cargas de alta inercia.

Típicamente asociadas con máquinas que usan volantes paraproveer energía a la mayoría de aplicaciones (levantar,prensar, etc.).

SELECCIÓN DE VARIADORES

Cuando se selecciona un variador primero se determina el tipo (AC o DC) en función a las consideraciones de carga que se tendría, la tensión, corriente y potencia requerida; en función a esto debe

seleccionar el variador adecuado previamente se deben conocer de cada marca las capacidades nominales (rango de potencia) y las

especificaciones de entrada y de salida, para determinar si cumplen con los requerimientos.

El variador de velocidad debe instalarse en una superficiemetálica y en la posición recomendada, respetando espaciosde separación mínimos con respecto a los equipos ocanaletas contiguas.

INSTALACIÒN

PAUTAS DE INSTALACIÓNLa siguiente figura muestra como proceder a un cableado de fuerza

desde la línea de entrada hasta el motor.

La siguiente figura muestra como proceder al cableado de la línea de tierra desde la alimentación hasta el motor.

CONEXIÒN A TIERRA

VARIADOR DE VELOCIDAD

MICROMASTER