Diseño, fabricación y puesta en servicio de un sistema de control para una máquina de corriente continua de 500 KW

Rivero Barneto, Eduardo (2017). Diseño, fabricación y puesta en servicio de un sistema de control para una máquina de corriente continua de 500 KW. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Diseño, fabricación y puesta en servicio de un sistema de control para una máquina de corriente continua de 500 KW
Autor/es:
  • Rivero Barneto, Eduardo
Director/es:
  • Platero Gaona, Carlos Antonio
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Julio 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Devanado, accionamiento, rotor, estator, polos, inducido, campo, escobilla, delga, rectificador, tiristor, regulador, disparo, shunt
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Este Trabajo Fin de Grado consiste en el diseño, fabricación y puesta en servicio de un sistema de control para una máquina de corriente continua de 500 kW de excitación independiente. La motivación para la realización de dicho sistema ha sido la obtención de esta máquina junto con un generador de 4900 kVA sin mayores costes que los de transporte. Por tanto, se ha decidido llevar a cabo la instalación de una pequeña central en el laboratorio de Alta Tensión de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales con fines didácticos y cuyos principales elementos serán estas dos máquinas. Para ello, es necesario desarrollar sistemas de control y protecciones siendo el fin de este documento detallar el desarrollo del sistema de control de la máquina de corriente continua. Por tanto, el objetivo es crear un armario de control que sea capaz de rectificar y controlar las tensiones de alimentación de los dos devanados del motor y hacerlo con el mínimo coste posible aprovechando la mayor cantidad de elementos de la instalación como sea posible. La estrategia seguida es la que se expone a continuación: Primeramente, para la alimentación del devanado de inducido la corriente es rectificada con un puente de tiristores trifásico de la marca SEMIKRON y una tarjeta de control que es la que controla los disparos de dichos tiristores. Para lograr una tensión de salida en el puente controlable y precisa se le ha dado a la tarjeta de control una consigna que viene dada por un convertidor electrónico PANTEC cuya salida varía entre los valores máximo y mínimo de la consigna de control permitiendo el rango completo de operación. Este valor de salida del convertidor varía en función del tiempo que se mantengan cerrados los contactos de subida y bajada de la entrada. Para la alimentación del campo se parte de una de las tensiones fase-neutro que es regulada mediante un relé de estado sólido de la marca CARLO GAVAZZI capaz de recortar la onda de entrada según una consigna de tensión dada por un potenciómetro. Posteriormente es rectificada mediante un puente de diodos. Es necesario tener un sistema de refrigeración en las partes de la instalación que más potencia disipan y que son susceptibles de ser estropeadas por la acción de altas temperaturas. La refrigeración del armario se hará con la ventilación del rectificador trifásico ya que se han dispuesto las distintas partes de forma que pueda aprovecharse el flujo de aire ascendente. Por otro lado, la refrigeración de la máquina también consiste en una convección forzada donde el flujo de aire es creado por un ventilador en el interior de la carcasa del motor y que es accionado por un motor asíncrono de 4kW. El arranque de este ventilador, debido a su gran inercia, será necesario realizarlo a través de un variador de frecuencia de forma que este sea controlado y así evitar sobrecalentar el motor. Una vez que se tienen rectificadas las corrientes es necesario medir tensiones y corrientes en ambos devanados. Esto se hace con instrumentos de panel de la marca trumeter que ha sido necesario configurar cargando los archivos de configuración correspondientes previamente programados mediante conexión USB. Los dos medidores de tensión tan solo reciben a la entrada la tensión que se desea medir y muestran en pantalla dicho valor. Sin embargo, los medidores de corriente hacen su función a través de una resistencia shunt en la que en dos de sus terminales aparece una tensión determinada en función de la corriente que la está atravesando. De esta forma, la entrada de los medidores de corrientes es esta tensión ya que están programados en función de los valores de la resistencia shunt empleada en cada uno de ellos y, gracias a la configuración programada, son capaces de mostrar el valor de la corriente que pasa por cada shunt y, por tanto, de la corriente entrante a cada circuito de la máquina. Por otra parte, se han instalado equipos de protección en nuestro cuadro de control como interruptores automáticos y fusibles. Sin embargo, estos no son los únicos elementos de seguridad ya que la instalación se ha ideado de forma que sea segura tanto para la máquina como para la persona que se encarga de su operación. Además, se realizará la medida de la velocidad de la máquina mediante un sensor inductivo de la marca SIEMENS y un contador de pulsos CIRCUTOR. Puesto que el sensor inductivo detecta la presencia de metal, han sido realizados una serie de agujeros en un extremo del eje de forma que el sensor sea capaz de detectar el cambio entre aire y metal durante el giro de la máquina. Esto junto al contador de pulsos programado según el número de agujeros y diversas constantes de tiempo hace que seamos capaces de visualizar la velocidad de la máquina en revoluciones por minuto. Se ha diseñado un dibujo que se ha encargado imprimir y colocar en la puerta del armario de forma que mejora considerablemente la estética del mismo y permite facilitar la localización e identificación de los instrumentos de panel que son los que se citan a continuación: Voltímetros de campo e inducido, amperímetros de campo he inducido, interruptor marcha/paro, interruptores giratorios de ventilaciones y campo, potenciómetro de control de campo, pulsadores de control de inducido, voltímetro de consigna de inducido, velocímetro, bombilla de condiciones iniciales y seta de emergencia. Para colocar estos instrumentos ha sido necesario mecanizar la puerta según el diseño establecido. Finalmente, en cuanto al sistema de control, este ha sido establecido de forma que la alimentación del circuito de potencia solo sea posible cuando se cumplen una serie de condiciones iniciales. Esto se ha logrado mediante el empleo de contactores y relés y cableando diversos contactos en serie con la alimentación del contactor principal que cierra el circuito de potencia. Para que el arranque de la máquina sea posible debe cumplirse que las ventilaciones estén activadas y haya campo suficiente en la máquina ya que se ha programado el amperímetro de campo para que actúe sobre un relé en función del valor de esta corriente. Cuando se cumplen estas condiciones se enciende la bombilla junto al interruptor marcha/paro que, al ser accionado con condiciones de arranque, actúa sobre el contactor principal cerrando el circuito de potencia. Siendo ahora posible controlar la tensión de inducido con los pulsadores de subida y bajada. Si alguna de las condiciones de arranque se pierde o se pulsa la seta de emergencia se cortará la alimentación del contactor principal abriendo el circuito de inducido hasta que nuevamente se den condiciones y se pulse el interruptor de marcha. Una de las condiciones durante el funcionamiento es que la velocidad del motor esté por debajo de un determinado valor que ha sido programado en el contador de pulsos. Siempre que no esté cerrado el circuito de potencia se estará actuando automáticamente sobre el contacto de bajada de la consigna de inducido de forma que esta esté en cero o en un valor bajo al momento de cerrar el circuito para evitar aplicar una alta tensión de forma brusca con los problemas que esto conlleva. Durante la realización de este Trabajo Fin de Grado ha sido necesaria la elaboración de los esquemas eléctricos desarrollados que posteriormente servirían como guía durante todo el cableado del cuadro de control. El cableado ha sido realizado íntegramente en el laboratorio de máquinas eléctricas de la escuela aprovechando la mayor cantidad posible de material disponible. Tras completar el cuadro de control ha sido ensayado para comprobar su funcionamiento y el resultado ha sido completamente satisfactorio.

Más información

ID de Registro: 47831
Identificador DC: http://oa.upm.es/47831/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47831
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 20 Sep 2017 06:33
Ultima Modificación: 20 Sep 2017 06:33
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