SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO

7/23/2019 SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO

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ANTEPROYECTO

SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y

VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO

PRESENTADO POR:

MARCELA REATIGA ALAREZ

CODIGO: 1090352

JHOAN RODRIGUEZ GONZALEZ

CODIGO: 1090269

FACULTAD DE INGENERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

INGENIERIA ELECTROMECÁNICAUNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

CUCUTA 2015



ANTEPROYECTO

SISTEMA DE CONTROL DIGITAL PARA EL ARRANQUE SUAVE Y

VELOCIDAD DE UN MOTOR AC MONOFÁSICO

PRESENTADO A:

ING. SERGIO CASTRO

PRESENTADO POR:

MARCELA REATIGA ALAREZ

CODIGO: 1090352

JHOAN RODRIGUEZ GONZALEZ

CODIGO: 1090269

FACULTAD DE INGENERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

INGENIERIA ELECTROMECÁNICAUNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

CUCUTA 2015



1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Es muy común encontrar en la industria arrancadores suaves de motores AC o DC los cuales

limitan la corriente y el par de arranque. Durante el arranque este presenta picos altos deenergía que se generan al momento de romper la inercia del motor, esto ocurre al tratar de

llegar inmediatamente al voltaje de operación requerido. De este modo, se evita el esfuerzomecánico y las bajas de tensión en la línea. La tensión del motor se reduce por medio un

control, el cual se implementara con un PIC y así poder controlar el sistema de potencia por

medio de programación. Se tendrá en cuenta la elevación de la tensión en la línea dealimentación dentro del tiempo de arranque predeterminado. El fin del arrancador suave de

motor AC monofásico es crear un esfuerzo mínimo en los dispositivos conectados (carga) y

asegurar una operación de producción suave.

1.1.FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Cómo mejorar el control de arranque y velocidad de un motor AC monofásico por

medio de voltaje a través de la programación de un PIC 16F877 por asembler MPLAP

apoyado en el programa de simulación Proteus 8 professional?



2. JUSTIFICACIÓN

La modernización y actualización tecnológica es una etapa de desarrollo en el sector

industrial, por esta razón es necesario la implementación de métodos que mejoren la calidady permitan la conservación de los motores. Es común encontrarse con la necesidad de

controlar el arranque en los motores monofásicos debido a que presentan una sola fase dealimentación, no poseen un campo giratorio sino que tienen un campo magnético pulsante,

para la cual se hace difícil de que exista un torque en el arranque, por lo que necesita de otros

dispositivos extras para iniciar el movimiento de la máquina. Para que el motor no presente

picos altos de energía ni desgaste a largo plazo se implementara un sistema de control lazocerrado el cual nos va permitir controlar el arranque y la velocidad del motor y así obtener el

funcionamiento adecuado.

Los motores eléctricos monofásicos son una alternativa para el uso doméstico, ya que su

aplicación se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen loselectrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora,

aspiradora, etc.



3. LIMITACIONES Y DELIMITACIONES

En la ejecución de este proyecto se presentan limitaciones y delimitaciones mencionadas a

continuación.

3.1.LIMITACIONES

El sistema se diseñó para controlar el arranque y velocidad de un motor AC

monofásico a 120 voltios a 60 Hz.

El uso de los dispositivos, como el sensor de velocidad y semiconductores de potencia

(DSP) disponibles y accesibles en el mercado en la ciudad San José de Cúcuta.

En el plan de trabajo a realizar se plantea el diseño y el cálculo eficiente para controlar

el arranque y velocidad de un motor monofásico con limitación de acceso a

implementos de pruebas y mediciones para el motor en los laboratorios de potencia

de la UFPS.

3.2. DELIMITACIONES

Este proyecto se llevara a cabo dentro de las instalaciones de los Laboratorios de

electricidad y electrónica de la universidad francisco de paula Santander con una

duración de 11 semanas presentando la semana final de clases de la asignatura controldigital.



4. OBJETIVOS

Los objetivos a planteados a alcanzar con la ejecución son la base de poder establecer loslogros, metas y resultados alcanzados con la implementación del sistema.

4.1.OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un sistema de control digital para el arranque y velocidad de un

motor AC monofásico.

4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Recolectar la información correspondiente al diseño e implementación de estrategiasde control digital aplicado a motores AC monofásicos para obtener los valores

promedios de la variable a controlar.

Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque y potencia

requeridos por el motor AC monofásico y calcular los parámetros para controlar el

arranque.

Diseñar el algoritmo para el sistema de control digital y la etapa de potencia, con sus

respectivas simulaciones para encontrar las constantes de control.

Pruebas y evaluación del sistema de control digital para el arranque y velocidad del

motor AC monofásico.



5. MARCO TEORICO

Este marco teórico consigna la información necesaria de algunos elementos y ciertos

materiales que utilizaremos en la implementación del prototipo de nuestro proyecto.

5.1. SISTEMA DE CONTROL

5.1.1. Microncontrolador PIC (16F877)

Para la etapa de control se utilizara un PIC 16F877 este microcontrolador es fabricado por

Microchip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877 posee varias

características que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en el control de sistema de potencia y poder así controlar el

arranque y velocidad del motor.

Figura 1. Dispositivo y configuración del PIC (16F877)

Fuente: Ref. [1]

5.2. SISTEMA DE POTENCIA

5.2.1. TRIAC

Es un tiristor bidireccional de tres terminales que puede funcionar como elementointerruptor o regulador de corriente eléctrica en circuitos de corriente alterna.

En la práctica, los TRIAC, se utilizan para regular la velocidad del motor monofásico(universal) también es muy utilizado en diversos electrodomésticos. Pero en cargas

industriales importantes no se utiliza ya que la magnitud de las corrientes de compuerta

para obtener idénticos voltajes de ruptura (VR) es diferente. Lo anterior indica que el

dispositivo es bidireccional, pero no simétrico; este es uno de los problemas inherentesal TRIAC.Fuente: Ref. [2]

http://www.monografias.com/trabajos5/fami/fami.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/fami/fami.shtml



Figura 2. Símbolo y conexión del TRIAC.Fuente: Ref. [3]

El circuito de potencia con el cual se controla el tiempo que cada tiristor estará en conducción

debido a que sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus

terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor.

De esta forma se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar

la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume.

Figura 3. Circuito de potencia.Fuente: Ref. [4]

Se aplica al motor un valor de par inicial, el cual se puede ajustar. Desde el nivel de par

inicial, el voltaje de salida al motor aumenta (en rampa) durante el tiempo de rampa deaceleración. Un valor límite de corriente ajustable por el usuario también está disponible.

Esto limita la corriente consumida durante el arranque suave.

Figura 4.Arranque suave (rampa)Fuente: Ref. [5]

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_potencia_energia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_potencia_energia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp



5.3. SENSOR

El sensor de velocidad se empleara para obtener un mejor control respecto a los sobresaltos

que puedan ocurrir en la salida de la carga al cambiar la velocidad. Para ello posiblemente

emplearemos un sensor lineal de efecto hall.

Figura 5. Sensor efecto hall. Fuente: Ref. [6]

5.4.CARGA

5.4.1 Motor monofásico AC

En todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro

monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de

coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc.

La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “caballaje fraccionario”

(menos de 1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral:

1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para

servicio de 440 V entre los límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integralvan desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores

de serie monofásicos de CA.



Figura 6. Esquema de un motor monofásico de inducción y devanado principal y devanado

auxiliar.

Fuente: Ref. [7]

6. DISEÑO METODOLOGICO

La implementación del control para el arrancador suave y de velocidad en motores eléctricos

monofásicos requiere de la aplicación de técnicas por medio de actividades metodológicas

a ejecutar y lograr resultados óptimos.

Figura 6. Diagrama de bloques del sistema de control general del arrancador suave de

motor monofásico.

Fuente: Autores.

6.1. Metodología

6.1.1. Recolectar la información correspondiente al diseño e implementación

de estrategias de control digital aplicado a motores AC monofásicos

para obtener los valores promedios de la variable a controlar.



Actividad: Recolectar información suficiente para establecer el diseño y las

estrategias de control digital aplicada a los motores AC monofásicos.

Metodología: Por medio de consultas e información sobre control digital aplicado

en motores AC monofásicos.

6.1.2. Establecer valores nominales de voltaje, corriente, velocidad, torque,

y potencia requeridos por el motor AC monofásico y calcular

parámetros para controlar el arranque.

Actividad: Recolectar información de los valores nominales de funcionamiento del

motor monofásico tales como voltaje máximo y mínimo, corriente máximo y

mínimo, potencia, torque, velocidad requeridos para su óptimo funcionamiento.

Metodología: Por medio de datasheet del motor a acondicionar el control develocidad y aplicando técnicas de caracterización de motores monofásicos.

6.1.3. Diseñar el algoritmo para el sistema de control digital y la etapa de

potencia, con sus respectivas simulaciones para encontrar las

constantes de control.

Actividad: Diseñar mediante diagramas de bloque los componentes que conforman

el sistema de control y el circuito de Potencia, con los análisis y simulaciones para

encontrar las variables de control.

Metodología: Establecer un diagrama de bloques general para identificar cada una

de las etapas que conforman el arrancador suave y dada la información recolectada

se establece los elementos y dispositivos adecuados a los valores nominales de

funcionamiento del motor monofásico.

6.1.4. Pruebas y evaluación del sistema de control digital para el arranque y

velocidad de un motor AC monofásico.

Actividad: poner en marcha el sistema de control y de potencia en prototipo diseñado para observar el funcionamiento, si se presentan anomalías en las pruebas, se puedan

generar soluciones en el instante o cambios en la lógica de control.

Metodología: se evaluara el arranque y de cambio de velocidad del motor AC

monofásico a partir de una variación en el voltaje proveniente del circuito de control



digital comparándolo con los valores de velocidad requeridos para el proceso de

control.



7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Fecha de inicio: 16 de marzo de 2015

Tabla 1. Cronograma de actividades.

DURACIÓN EN MESESACTIVIDADES MARZO ABRIL MAYO JUNIO

Recolectar información

sobre arrancadores

suaves, motores AC y

sistemas de control.

Caracterización de los

elementos a utilizar enel proyecto

Simulación de etapa de

control y de potencia

del arrancador suave para un motor AC

Implementación de laetapa de control y de la

etapa de potencia

Pruebas del arrancador

suave

Corrección de posiblesfallas

Presentación y

sustentación del

arrancador suave paraun motor AC



8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS

[1] http://microcontroladorpic16f877.blogspot.com/2010/08/microncontrolador-pic-16f877.html.

[2]

http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/74/1/Fundamentos%20de%20Electr%C3%B3nica%20Industrial%20-%20Hern%C3%A1n%20Valencia%20Gall%C3%B3n.pdf.

[3] http://informemesdeagosto.blogspot.com/. [4] http://ccpot.galeon.com/enlaces1737112.html. [5] http://www.ab.com/es/epub/catalogs/12768/229240/229262/3073021/10792331/Modos-de-

operaci-n.html.

[6] http://es.slideshare.net/cesar_ar/chevrotronica-iii-13571698.[7] file:///D:/marce/controlDigital/proyecto/Motores%20Monofasicos-

conceptos%20b%C3%A1sicos-MAPC.pdf.

http://microcontroladorpic16f877.blogspot.com/2010/08/microncontrolador-pic-16f877.html

http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/74/1/Fundamentos%20de%20Electr%C3%B3nica%20Industrial%20-%20Hern%C3%A1n%20Valencia%20Gall%C3%B3n.pdf




http://informemesdeagosto.blogspot.com/

http://ccpot.galeon.com/enlaces1737112.html

http://www.ab.com/es/epub/catalogs/12768/229240/229262/3073021/10792331/Modos-de-operaci-n.html




http://d/marce/controlDigital/proyecto/Motores%20Monofasicos-conceptos%20b%C3%83%C2%A1sicos-MAPC.pdf








http://ccpot.galeon.com/enlaces1737112.html

http://informemesdeagosto.blogspot.com/



http://microcontroladorpic16f877.blogspot.com/2010/08/microncontrolador-pic-16f877.html

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