INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO Versión 1.

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PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Periodo 2020-2

PRÁCTICA No. 3
L
CONTROL ELÉCTRICO DE MOTORES.
Acevedo Yesid y Acosta Luisa
{u1802981 y u1803322 } @unimilitar.edu.co
Profesor: Juan Ricardo Clavijo

Resumen— Se realiza el diseño y simulación de un

sistema para el control del arranque e inversor de giro de Algunos trabajos han propuesto investigaciones que buscan
un motor, así como de un sistema de control eléctrico tipo solucionar problemáticas específicas con el uso de diversos
tándem como sistemas de respaldo . sistemas trifásicos, como es el caso de [2] donde se presenta
un esquema teórico de AC monofásica a CA trifásica, analiza
Palabras clave— fase, trifásico, voltaje de línea, las características operativas y las leyes de control de TCR
corriente de línea, factor de potencia, potencia reactiva, (reactor controlado por tiristor) con control ajustable continuo,
motor trifásico. y combina el principio de monofásico a trifásico para construir
un convertidor basado en TCR. . Por otro lado, en [3] se
realizó un análisis comparativo completo entre un motor de
I. INTRODUCCIÓN. inducción trifásico y un motor de inducción de cinco fases,
ambos controlados mediante un algoritmo basado en el control
directo de par (DTC). Del mismo modo, para [4] se presenta e
investiga la estimación de la eficiencia no invasiva en servicio
L os motores trifásicos de inducción magnética son muy utilizando un circuito equivalente (EC) para el programa de
reemplazo de motor de inducción trifásico; mientras que [5]
comunes en el área industrial, debido a la simplicidad y lealtad muestra un cargador a bordo para los vehículos eléctricos (EV)
en sus modelos en cuanto a la transformación de energía mediante la integración de los componentes del tren de
eléctrica a energía mecánica [1]. Dichos motores cuentan con transmisión en el proceso de carga. Los devanados del estator
devanados en el estator que inducen un campo magnético del motor de inducción trifásico (IM) se pueden utilizar como
giratorio alrededor del rotor que se encuentra eléctricamente un inductor de interfaz de red con la restricción de que el rotor
aislado. [2]. debe estar en la posición estacionaria durante el modo de
carga.
Todos los motores trifásicos están construidos internamente
con varias bobinas enrolladas individualmente. A su vez, en [6] muestra un esquema PWM simple, confiable
Independientemente del número de bobinas individuales que y resistente a la variación de los parámetros del motor para
haya, las bobinas individuales siempre estarán conectadas minimizar la fluctuación del par de conmutación para el
juntas (en serie o en paralelo) para producir tres bobinados variador de frecuencia del motor BLDC; de la misma manera y
distintos, que se denomina fase A, fase B y fase C [3]. enfocado a la investigación en [7] se expone un método de
corrección de la desviación de conmutación basado en el
principio de consistencia de corriente antes y después de la
II. MARCO TEÓRICO. conmutación para lograr una conmutación óptima para un
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motor de CC sin escobillas con fuerza electromotriz trasera

(EMF) trifásica asimétrica. Además, en [8] se propone y
analiza un convertidor monofásico a trifásico ac-dc-ac para su
aplicación en sistemas ferroviarios eléctricos y en la red de
distribución rural; entretanto [9] presenta un estudio de
eficiencia de motores de inducción trifásicos basado en
estándares técnicos desarrollando un banco experimental
utilizando una fuente de alimentación programable de alta
precisión.

Hay que mencionar, además que en [10] se propone una nueva

transformación de desacoplamiento para el control de par
desacoplado de accionamientos de motores de inducción Ilustración 1. Motor trifásico.
trifásicos múltiples. En cuanto a [11] analiza teórica y
experimentalmente la eficiencia energética de un inversor
trifásico para un variador de frecuencia de motor BLDC con Los motores trifásicos son máquinas eléctricas que
diferentes velocidades de rotor y pares de carga para dilucidar transforman la energía eléctrica en energía mecánica mediante
el efecto de la velocidad del rotor y el par de carga en la interacciones electromagnéticas. Están diseñados para
eficiencia energética. Para finalizar, en [12] se introduce un funcionar con la potencia de corriente alterna trifásica utilizada
enfoque matemático para dilucidar la relación entre la salida en muchas aplicaciones industriales. La electricidad de la CA
del controlador y el voltaje aplicado al terminal del motor, el (corriente alterna) cambia de dirección negativa a positiva y
lugar en el que podría ocurrir la falla para así mejorar la viceversa muchas veces por segundo.
confiabilidad en los variadores de velocidad.
La corriente alterna que recibe una casa, por ejemplo, va de
negativa a positiva y regresa 60 veces por segundo. Esta
El motor trifásico debe el término a que se alimenta de energía cambia la potencia en una onda continua suave llamada onda
eléctrica trifásica. Las instalaciones monofásicas son más sinusoidal.
propias de hogares, con tensiones que van de 120 a 230 voltios
y potencias que quedan por debajo de los 10 KW. El motor Por otra parte, la corriente trifásica tiene tres fuentes de
trifásico está muy extendido en los usos destinados a alimentación o tres corrientes alternas de la misma frecuencia
instalaciones industriales o comerciales. Esto se debe, por un que alcanzan su punto máximo en momentos alternos: eso
lado, a que suelen ser más pequeños y manejables que motores significa que no hay dos ondas de corriente alterna (CA) en el
monofásicos de la misma potencia. La potencia del motor mismo punto al mismo tiempo.
trifásico varía en función de su uso y se fabrican en un rango
muy grande de potencias, medidas en kilovatios o caballos de La energía eléctrica trifásica es el método más común en el
vapor. Generalmente están destinados al accionamiento de uso de redes eléctricas en todo el mundo, ya que transfiere más
máquinas como bombas, montacargas, ventiladores, grúas, energía y su uso es realmente importante en el sector
elevadores, etcétera. [13] industrial.

Torque. El contactor
El torque es de alguna manera la fuerza que entrega el motor.
Igual que en el resto de los parámetros de un motor, el torque Es un aparato eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar
también posee un valor nominal, el torque de arranque varía o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave
sustancialmente con el tamaño del motor, por ejemplo, los del automatismo en el motor eléctrico.
motores chicos, de hasta 30 kW, tienen un torque de arranque
que oscila entre 1,5 y 2,5 veces el torque nominal, mientras Su principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura
que, en los motores medianos, digamos hasta 250 kW, la y cierre de circuitos eléctricos relacionados con instalaciones
relación entre el torque de arranque y el torque nominal puede de motores. Excepto los pequeños motores, que son
ser de dos a tres veces. accionados manualmente o por relés, el resto de motores se
En los motores grandes suele haber un torque de arranque accionan por contactores.
bajo, a veces más bajo que el nominal, por lo cual no pueden
ser arrancados teniendo su carga conectada.
Motor trifásico.
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Ilustración 2. Contactor

Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, Ilustración 3. Conexión en Estrella.
que pueden estar abiertos o cerrados, y que hacen de
interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito.
La bobina es un electroimán que acciona los contactos cuando
-Conexión en delta para un motor trifásico:
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 En esta clase de conexión las bobinas crean tres voltajes
la bobina los contactos vuelven a su estado anterior de reposo desfasados, cada uno con una intensidad diferente. Se trata
y el contactor está sin accionar o en reposo. entonces de una conexión serial en el cual las bobinas del
motor van conectadas una a otra, suministrando una conexión
trifásica a cada nodo.
Conexión de un motor trifásico.

Cuando se alimenta un motor trifásico, los datos de la placa

del motor deben corresponderse con la tensión y la frecuencia
de alimentación. La conexión está implementada a través de
los tornillos (versión estándar) en el cajetín de conexiones del
motor y se debe hacer una distinción entre dos tipos de
conexión, la conexión en estrella y la conexión en
triángulo Ilustración . Conexión en estrella

● Conexión en estrella para un motor trifásico:

En la conexión en estrella todos los finales de bobina se

conectan en un punto común y se alimentan por los otros
extremos libres.
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IV. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

1. Realizar el diseño y simulación de arranque directo de un

motor trifásico con inversión de giro. Para controlarlo solo
debe requerir dos botones verdes y uno rojo.

Inicialmente se tomó el botón rojo como el botón de encendido

(arranque directo) de la siguiente manera:

En el que se utiliza un botón (ON) el cual activa

permanentemente el encendido al energizar la bobina de
contactor ONN, como se puede visualizar en la ilustración.

Además, los 2 botones verdes nos sirven para cambiar el

sentido de giro del motor, con este sistema el motor se
Ilustración 4. Conexión en Delta.
desconecta en el momento que dejamos de oprimir el botón,
recordando que por seguridad el motor hay que des energizarlo
antes de cambiar el sentido del giro.
Tipos de arranques

● Arranque directo

Es el método más sencillo ya que los devanados están

conectados directamente a la red por un proceso de
conmutación simple. Como resultado de esta aplicación se
obtienen corrientes de arranque altas que causan caídas de
tensión en la red.

● Arranque estrella – triangulo

Es el tipo de arranque más empleado para el arranque de

motores trifásico, consiste en conectar el motor en estrella
durante el periodo de arranque y, una vez lanzado, conectarlo
en triángulo para que quede conectado a la tensión nominal.

● Arranque con arrancador suave.

Ilustración 5. Conexión arranque directo.
Los arrancadores suaves son dispositivos que cuentan con un
circuito de electrónica de potencia compuesto por tiristores.
Realizan el trabajo de controlar la tensión con la que es
alimentado el motor, disminuyendo la corriente de y 2. Realizar el diseño y simulación de un sistema de control
controlando el par de arranque del motor. eléctrico tipo tándem, para 3 motores trifásicos de forma
alternada y soportada, es decir en caso de falla de un motor el
siguiente enciende. Las características de los motores son:

a. Dos motores de 10 HP y uno de 15HP

b. Todos los motores son de 4 polos, 60 Hz, 220 VAC,

FP=0,82, Eficiencia de 86%.
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Para la aplicación del sistema tipo tándem se consideraron los

siguientes componentes, motores trifásicos de 60 Hz y 220
vAC, con las siguientes especificaciones:

Tipo: MOTORES 1LE0141, 1.800 RPM

Referencia :1LE0141-1CB26-4AA4-Z D80+D81
Potencia=10HP
Velocidad nominal: 1.760 Rpm
torque nominal:40,7 Nm
Corriente nominal a 220=26,5 A

Tipo: MOTORES 1LE0141, 1.800 RPM

Referencia :1LE0141-1CB86-4AA4-Z D80+D81
Potencia=15 HP
Velocidad nominal: 1.760 Rpm
torque nominal:59,7 Nm
Corriente nominal a 220=39,5 A

Ilustración 6. Circuito de potencia motores tipo tándem y sección del Contactor

circuito de control. Tipo: CONTACTOR SIRIUS INNOVATIONS
Referencia :3RT2026-1AN20
Bobina=220 Vac
Tamaño: S0
Se utiliza un botón para activar la secuencia y el Intensidad:40 A
funcionamiento de los motores, cada motor tiene antes de la Potencia a 220= 9.0 Hp
bobina el conmutador del relé para protegerlo de sobrecargas.
Se utilizan contactores auxiliares
Tipo: CONTACTOR AUXILIAR
Referencia :3RH1122-1AN20

Para el contactor se tiene en consideración el voltaje de la

bobina que se determina con la conexión del circuito de
control del motor. Así como tener en cuenta la corriente que
pasa por el contactor.

Relé térmico para motor de 10 HP

Tipo: RELÉ DE SOBRECARGA BIMETÁLICOS
Ilustración 7. Circuito de control motores tipo tándem.
Referencia :3RU2126-4NB0
Bobina=220 Vac
Tamaño: S0
Ya que los motores tienen que funcionar en forma de tándem Regulación:23 - 28 A
los estados en los que se oprime y se suelta el botón se
guardan por medio de relés externos como se muestra en la El relé es escogido del mismo tamaño que el contactor, y se
ilustracion7. determina con el rango de la regulación de corriente que debe
estar en el rango de la corriente del motor. Además de eso se
En el momento que exista una sobrecarga el sistema tándem lo determina un relé clase 10.
omite y continua el funcionamiento con los otros dos motores.
En el caso de que dos motores fallan el sistema continuará
operando con el tercer motor. Breaker
Tipo: Disyuntor 3 filamentos
Referencia: GV2ME32

Pulsador nc verde
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Referencia :3su1130-0AB20-1CB0

Este sistema funciona en cascada, es decir, que evalúa el

estado de cada motor uno a uno, de manera que, con el fallo de
un motor, se activa únicamente uno de los otros dos motores.
Y por ende se utilizan 3 sensores, los cuales van acoplados
cada uno, a uno de los 3 motores. El diagrama completo del
sistema se presenta en los anexos.

Tabla I.
Costos de Materiales
Número
Precio por Precio
de Elemento
unidad total
elementos
Motor
＄ $
2 trifásico de 2.134.000 4.268.000
10HP
Motor
＄ $
1 trifásico de 2.763.000 2.763.400
15HP
Contactor
3 sirius ＄316.600 $ 949.800
innovations
Relé
térmico Ilustración 8. Diagrama de componentes.
3 para motor ＄176.900 $ 530.700
de 10 HP .

Relé V. CONCLUSIONES
térmico
3 para motor ＄ 176.900 $ 530.700
de 15 HP ● Los motores trifásicos permiten cambio la dirección
de giro solo configurando los contactores y los
Disyuntor interruptores, pero para este proceso es necesario
1 3 $ 677.002 $ 677.002 detener el motor para no causar daños en el rotor o
filamentos estator.
Pulsador nc
1 $ 47.900 $ 47.900 ● Los motores trifásicos tienen diversas aplicaciones
verde
tales como compresores, ascensores hidráulicos o
Total $9.767.502
eléctricos, entre cualquier otro sistema mecánico el
cual requiera algún actuador.

● Sistema de control eléctrico tipo tándem es necesario

implementar para evitar daños e interrupciones en
producción porque mantiene el sistema activado así
se daña algún motor permitiendo arreglarlo sin
detener el proceso

● Para transmitir la misma cantidad de energía a la

misma tensión, un motor trifásico requiere menos
material conductor en una línea.
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2019 IEEE 15th Brazilian Power Electronics

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Anexos

1- Circuito completo punto 1:

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2- Circuito tipo Tandem, punto 2:

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