Reporte de Examen VII - Inversor de Giro de Un Motor Trifásico

INSTITUTO INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SAN SA N MARTÍN MA RTÍN TEXMELUCAN

CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA

MATERIA: MICROCONTROLADORES

UNIDAD VII

“ REPORTE DE DE EXAMEN VII – INVERSOR DE GIRO DE UN MOTOR MOTOR TRIFÁSI TRIFÁSICO CO””

SEMESTRE: 8°

GRUPO: “A”

ALUMNOS: AL UMNOS: LUIS CORTEZ CALDERON, SERGIO LÓPEZ RAMÍREZ, OSCAR ZEMPOALTECA GUTIÉRREZ, OSCAR EMILIO RODRÍGUEZ PÉREZ

CATEDRÁTICO: ING. DIEGO MAURICIO REYES HERNÁNDEZ 18/05/2014

Camino a la Barranca de Pe sos S/N, San Lucas Atoyatenco, C.P. 74120, San Martín T exmelucan, Pue. Tel. (01 248) 1 11 11 32, Fax (01 248) 1 11 11 33, 33, Remarcación de 4 dígitos dígitos 3295 y 3296 www.itssmt.edu.mx,, e-mail: [email protected] www.itssmt.edu.mx

Certificado No. CERT-0059564

Certificado No. ECMX-0013/11-MA

Reg. No. MEGINMUJERES 11/060-122

INGENIER INGENIERÍA ÍA EN ELECTRO EL ECTROMECÁNICA MECÁNICA

ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..…3

OBJETIVO OBJ ETIVO……………………… ……………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………….4 ……………….4

MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………………...…4

APARAT APA RATOS OS E INSTRUMENTOS……………………………………………………...............11

PROCEDIMIENTO………...……………………………………………………………………..11

ACTIVIDADES, ACTIVIDA DES, DATOS DAT OS Y RESULTADOS…………………..……………………………….12 RESULTA DOS…………………..……………………………….12

CONCLUSIONES……………………………………………………...…………………………29

REFERENCIAS………………………………………………………………...…………………30

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Examen

7

INVERSOR DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO MEDIANTE ARDUINO 1.- INTRODUCCIÓN

La materia de Microcontroladores proporciona al estudiante los conocimientos necesarios para poder realizar la automatización de algún proceso industrial e incluso podrá crear su propio proyecto.

Un Microcontrolador es un circuito integrado programable que integra en un solo chip las unidades de memoria para el almacenamiento de datos, aritmética – lógica para el cálculo de operaciones, las unidades de entrada y salida para comunicación con otros periféricos, temporizadores y el controlador de interrupciones.

Tal es el caso del microcontrolador Arduino, el cual aparte de ser una placa de adquisición de datos funge como microcontrolador debido a su chip Atmel, el cual se va a ocupar para realizar diferentes prácticas mediante un lenguaje de programación, en este caso el lenguaje “C”.

Este microcontrolador en combinación con el lenguaje a utilizar permite crear, cargar y grabar fácilmente cualquier instrucción gracias a que el Arduino tiene un sistema de grabado llamado Boot Loader, el cual almacena el programa o las instrucciones hasta que sean remplazadas de una manera fácil, rápida y sencilla, desplazando al PIC y a sus laboriosas operaciones de grabado.

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2.- OBJETIV OBJ ETIVO O

Realizar un inversor de giro de un motor trifásico mediante la utilización de Arduino y elementos de control con el fin de encender, apagar y cambiar el sentido de giro del actuador eléctrico.

3.- MARCO TEÓRICO Microcontrolador

Un microcontrolador (abreviado µC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica.

Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

Cuando es fabricado, el microcontrolador no contiene datos en la memoria ROM; para que pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del microcontrolador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores.

Sin embargo, para que el programa pueda ser grabado en la memoria del microcontrolador, debe ser codificado en sistema numérico hexadecimal que es finalmente el sistema que hace trabajar al microcontrolador cuando éste es alimentado con el voltaje adecuado y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento.

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Ard Ar d uino ui no

Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños.

Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.

Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas y controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador.

Fig. 1 Arduino uno ITSSMT


Lenguajes Lenguajes de Programación

La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing. Sin embargo, es posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en Arduino, debido a que Arduino usa la transmisión serial de datos soportada por la mayoría de los lenguajes mencionados.

Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible utilizar software intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes para permitir una comunicación fluida. Algunos ejemplos son: 

C



C++ (mediante libSerial o en Windows)



C#

Java





Liberlab (software de medición y experimentación)

Mathematica



Matlab



Processing





Pure Data

Python



Ruby





Scratch for Arduino Arduino (S4A): Entorno gráfico gráfico de programación, programación, modificación del entorno para niños Scratch, del MIT)

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Relevador

El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico.

Relés Relés de Tipo Armad ura

Pese a ser los más antiguos siguen siendo los más utilizados en multitud de aplicaciones; un electroimán provoca la basculación de una armadura al ser excitado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es NA (normalmente abierto) o NC (normalmente cerrado).

Fig. 2 Relevador de 5 volts vol ts

Optoacoplador

Un optoacoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la

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luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac.

De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica; estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP; se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.

Tipos Tipo s (4N26)

En general, los diferentes tipos de optoacopladores se distinguen por su diferente etapa de salida. Entre los principales cabe destacar el fototransistor , ya mencionado, el fototriac y el fototriac de paso por cero. En este último, su etapa de salida es un triac de cruce por cero, que posee un circuito interno que conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la fuente.

Fig. 3 Salida Salida de op toacopladores

Contactor

Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). ITSSMT


Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción.

Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada"; en los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.

Fig. 4 Contactor

4.- APARATOS APA RATOS E INSTRUMEN INSTRUMENTOS TOS

1 microcontrolador Arduino

2 contactores de 127 VCA

1 cable USB

1 cable con clavija

4 relevadores de 5 VCD

1 motor trifásico

4 optoacopladores 4N26

1 fuente de voltaje

3 push botón

Software de Arduino

3 resistencias de 220Ω

Cables para conexión

1 laptop

Cinta de aislar

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5.- PROCEDIMIENTO

1. Abrir el software de Arduino 2. Crear un nuevo proyecto 3. Empezar a escribir escribir código código o instrucciones 4. Revisar código (compilar) 5. Seleccionar tarjeta tarjeta y puerto COM 6. Compilar y cargar al Arduino Arduino 7. Crear etapa de potencia (placa de relevadores con optoacopladores) 8. Conectar al Arduino la etapa de potencia 9. Alimentar el común del relevador a 127 VCA 10. Realizar conexiones necesarias n ecesarias entre Arduino y la placa de pote potencia ncia 11. Conectar contactores 12. Realizar conexiones de d e fuerza y potencia entre e ntre los contactores 13. Conectar motor trifásico 14. Ver funcionamiento

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6.- ACTIVIDADES, DATOS Y RESULTADOS

Para iniciar el inversor de giro utilizando Arduino, lo primero que se realizó fue abrir el programa de Arduino:

Fig. 5 Abriendo so ftw ftware are de Arduino

Hecho lo anterior se creó un nuevo documento en blanco, en donde se ingresó todo el código fuente necesario para realizar un inversor de giro tanto automático como manual mediante Arduino:

Fig. 6 Proyecto Proyecto en blanco ITSSMT


Ya que se creó el proyecto en blanco, se procedió a ingresar el código fuente en lenguaje “C”, en donde en primera instancia se declaró las variables a utilizar, así como el estado que van a tener, ya sea de salida o de entrada.

En este caso se ingresó el código para el inversor de giro en automático, por medio de un solo push botón:

Fig. 7 Declarando Declarando variables

Después de que se declararon las variables, se procedió a realizar el programa, en donde se leyó la entrada del push botón y mediante un ciclo “if – else”, se mandó a activar las salidas del Arduino mediante un determinado tiempo, teniendo como resultado un motor de gira a la derecha por 10 segundos, para 5 segundos y después gira a la izquierda por 10 segundo de manera automática:

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Fig. 8 Creando Creando prog rama giro a la derecha derecha en automático

Fig. 9 Creando Creando programa gi ro a la izquierda en en automátic o

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Una vez que se terminó de realizar el programa del inversor de giro de manera automática, se procedió a compilar el sketch, esto con el fin de no encontrar problemas:

Fig. 10 Compi Compi lando pro grama

Una vez que se compiló el programa, y se observó que no existía ningún error, se procedió a cargar el sketch dentro del Arduino, buscando el puerto COM adecuado:

Fig. 11 Cargando Cargando s ketch ITSSMT


Ya que se realizó toda la programación necesaria para poder realizar el inversor de giro de manera automática con un solo pulsador, se procedió a crear la etapa de potencia, en donde se utilizó optoacopladores 4N26 con salida a transistor y relevadores a 5 VCD, así como cables para realizar conexiones entre ellos y las fuentes de alimentación.

Esto se realizó con base al siguiente diagrama eléctrico creado en Proteus, en donde se mostró las conexiones que deben de existir entre el Arduino, los optoacopladores con salida a transistor y los relevadores a 5 VCD, así como los actuadores que se pueden conectar (estos pueden variar según su diseño, utilización, voltaje, y uso):

Fig. 12 Diagrama eléctri eléctri co base b ase

Con base al diagrama eléctrico anterior, se procedió a crear un nuevo diagrama, para conectar el Arduino, los optoacopladores 4N27, los relevadores a 5 VCD, las fuentes de alimentación y los actuadores:

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Fig. 13 Diagrama Diagrama eléctri eléctri co para in versor d e giro de manera automática

Como se observó en la imagen anterior, se mostró la forma de realizar la etapa de potencia y las conexiones en general con el Arduino y los actuadores.

También se pudo observar la configuración, las uniones correspondientes entre el microcontrolador, los optoacopladores con salida a transistor y los relevadores, así como la conexión de los actuadores con su respectivo nivel de voltaje y tipo de corriente.

Una vez que se realizó el diagrama anterior se tuvo como primer producto la siguiente placa, la cual es el conjunto de optoacopladores con salida a transistor y relevadores. La cual se aplicó para mandar a activar los contactores de 127 VCA, en los cuales se conectó el motor trifásico para controlar su giro:

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Fig. 14 Etapa de potencia

Hecho lo anterior se procedió a conectar los contactores a cada una de las salidas de los contactos NA de cada relevador de 5 VCD, los cuales por medio de una señal enviada por el push botón desde el Arduino hizo que los optoacopladores conmutaran a los relevadores, dejando pasar la corriente alterna por sus contactos internos.

Provocando que se activaran las bobinas de los contactores, cerrando sus contactos de potencia, lo cual hizo que entraran en funcionamiento cada uno según la programación asignada:

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Fig. 15 Ardui no con ectado a la placa de potencia

Fig. 16 Salida Salida de los relevadores conectados a las bob inas de los cont actores

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Fig. 17 Contactores conectado s y alimentados

En la imagen anterior se pudo observar como los contactores ya están conectados a la placa de potencia así como al Arduino; hecho lo anterior se procedió a realizar el diagrama de fuerza para conectar al motor con los contactores, mediante el siguiente diagrama:

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Fig. 18 Diagrama de fu erza

Con base al siguiente diagrama se hacen las conexiones entre la alimentación de 220 VCA, los contactores, anexando la etapa de potencia y el Arduino:

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Fig. 19 Alim entación entació n a 220 VCA

Fig. 20 Contacto Contacto res puenteados, moto r anexado y alimentado ITSSMT


Fig. 21 Motor fu ncion ando

Y de esta manera es como se culminó el inversor de giro de manera automática por medio de tiempos y con un solo push botón. Posteriormente se procedió a realizar el inversor de giro pero ahora con pulsadores, de una manera manual.

Lo que se cambió con respecto al primer inversor, fue la programación y conexión del Arduino, etapa de potencia, contactores y motor. Comenzando por la programación, se declararon las variables a usar así como su estado:

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Fig. 22 Declarando Declarando v ariables y estado

Una vez que se declararon todas las variables, se procedió a realizar el programa, en primera instancia se leyó las señales enviadas desde los push botons (paro, arranque derecha, arranque izquierda) que por medio de ciclos “if – else” se mandó a activar o desactivar el motor cambiando su giro dependiendo del pulsador:

Fig. 23 Arranque derecha y paro ITSSMT


Fig. 24 Arranque i zquierda

Una vez que se terminó de realizar el programa se compilo para verificar que estuviera bien redactado:

Fig. 25 Compi Compi lando pro grama ITSSMT


Ya que se verifico que estuviera bien el programa, se seleccionó el puerto COM adecuado y se le cargó el sketch al Arduino:

Fig. 26 Cargando Cargando sketch al Ard uino

Hecho lo anterior se procedió a realizar las conexiones necesarias entre al Arduino, la etapa de potencia, los contactores y el actuador, por lo cual se diseñó un nuevo diagrama eléctrico, en donde se incluyó al Arduino, los pulsadores, los transistores, los relevadores y los actuadores:

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Fig. 27 Nuevo Nuevo di agrama eléctri eléctri co

Con base al diagrama eléctrico se procedió a realizar las conexiones necesarias entre todos los elementos involucrados (Arduino, relevadores, transistores, push botón):

Fig. 28 Conexiones generales generales de los dis posi tivos tivo s ITSSMT


Y con base al diagrama de fuerza antes mostrado, se realizó las conexiones de fuerza y enclavamiento físico entre los contactores y los contactos auxiliares, así mismo cada bobina del contactor se conectó a la salida de cada relevador de 5 VCD, quedando de la siguiente manera:

Fig. 29 Conexión de los con tactores

Hecho todo lo anterior se procedió a conectar el motor trifásico, en conjunto con el Arduino y la etapa de potencia, quedando de la siguiente manera:

Fig. 30 30 Conexión Conexión mo tor co n contacto res ITSSMT


Fig. 31 Conexión Ardu ino y etapa de potencia

Al final de que se conectó todo, se puso en funcionamiento, quedando de la siguiente manera el motor:

Fig. 32 Motor fu ncion ando

De esta manera es como se culminó el inversor de giro de un motor trifásico, de control manual y automático.

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7.- CONCLUSIONES

Al final de este examen, se alcanzó el objetivo principal, el cual era crear un inversor de giro, tanto manual como automático a través de una programación con Arduino y al mismo tiempo utilizando una etapa de potencia así como elementos de control (contactores) para activar, desactivar, girar a la derecha y girar a la izquierda a un motor trifásico,

Mediante el uso de los pulsadores, se determinó el tipo de control, si se utiliza uno solo pulsador el control es automático, sin embargo si se utiliza tres pulsadores, su control es manual.

Esto se logró gracias a la programación empleada y las conexiones realizadas entre el Arduino, la etapa de potencia, los contactores y los actuadores, ya que al número de pulsadores determina el tipo de control a usar.

Con la utilización de la etapa de potencia de aseguro el correcto funcionamiento de los contactores, ya que esta etapa era la encargada de mantener la estabilidad al momento de activar o desactivar los contactores y de esta manera era como el motor cambiaba de giro.

En otras palabras esta actividad nos fue de gran ayuda, ya que se aprendió nuevas cosas, se vio y se aplicó todos los conocimientos y habilidades necesarias en programación, electrónica y control de motores para implementar este inversor de giro tan aplicable a nivel cotidiano, o a nivel industrial.

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8.- REFERENCIAS

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(2014).

Microcontrolador .

Recuperado

de

http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador , consultado el 18 de Mayo de 2014.

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(2014). Arduino. Recuperado

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http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino,, http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino

consultado el 18 de Mayo de 2014.

Wikipedia. (2014). Relevador . Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9 http://es.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9,, consultado el 18 de Mayo de 2014.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Optoacoplador#,, consultado el 18 de Mayo de 2014. http://es.wikipedia.org/wiki/Optoacoplador#

Wikipedia. (2014). Contactor. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Contactor , consultado el 18 de Mayo de 2014.

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