Control automático

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA

“CONTROL AUTOMÁTICO
DE UN MOTOR DE CORRIENTE
ALTERNA MEDIANTE
INSTRUMENTACIÓN
VIRTUAL”

TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO

Que para obtener el título de:

XALAPA, VER. JUNIO 2010
PRESENTA:
SILVA DEL ROSARIO
FRANCISCO HERIBERTO
INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICO

i

ÍNDICE
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................iii
ACRÓNIMOS .................................................................................................................vi
INTRODUCCIÓN..........................................................................................................vii
CAPÍTULO 1
Justificación ..................................................................................................................1
1.1 Planteamiento del problema ......................................................................................1
1.2 Solución propuesta....................................................................................................2
1.3 Objetivo....................................................................................................................2

CAPÍTULO 2
Fundamentos de control automático de motores de corriente alterna .......................3
2.1 Diagramas de control ................................................................................................4
Diagrama de bloques.................................................................................................4
Diagrama unifilar......................................................................................................5
Diagrama de alambrado ............................................................................................6
Diagrama esquemático ..............................................................................................7
2.2 Clasificación del control de motores ..........................................................................9
2.2.1 Control manual .......................................................................................................9
2.2.2 Control semiautomático ..........................................................................................9
2.2.3 Control automático...............................................................................................10
2.3 Arranque de motores...............................................................................................10
2.4 Métodos de arranques de motor...............................................................................12
2.4.1 Arranque directo ..................................................................................................12
2.4.2 Arranque a tensión reducida .................................................................................15
2.4.3 Arranque a tensión reducida por resistencia primaria............................................15
2.4.4 Arranque a tensión reducida por resistencia secundaria ........................................17

ii

2.4.5 Arranque a tensión reducida por autotransformador..............................................18
2.4.6 Arranque a tensión reducida por conexión delta estrella .......................................20
2.5 Arrancador para un motor de inducción con selección del sentido del giro ..............22
2.6 Control de motores para secuencias de arranque y paro...........................................24
CAPÍTULO 3
Descripción general del sistema propuesto ................................................................25
3.1 Implementación del sistema propuesto....................................................................25
3.1.1 Desarrollo del instrumento virtual en labview.......................................................26
3.1.1.1 Adquisición y generación de señales .................................................................26
3.1.1.2 Descripción del programa en labview................................................................27
Panel frontal............................................................................................................27
Diagrama de bloques...............................................................................................28
3.1.2 Desarrollo del circuito de potencia .......................................................................39
3.1.3 Desarrollo de conexiones hacia la tarjeta de adquisición de datos,
circuito de potencia y motor de corriente alterna ..................................................42
3.2 Control a distancia del instrumento virtual ..............................................................48
Configuración del servidor web de labview.............................................................48
Crear y guardar el archivo html...............................................................................50
3.3 Análisis de resultados..............................................................................................58

CAPÍTULO 4
Conclusiones y trabajo a futuro .................................................................................60
4.1 Conclusiones...........................................................................................................60
4.2 Trabajo a futuro ......................................................................................................61
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..........................................................................63

iii

ÍNDICE DE FIGURAS
NÚMERO Y TÍTULO DE LA FIGURA PÁGINA
1. Diagrama de bloques del arranque de un motor
por medio de un relevador y una estación de botones. 5
2. Diagrama unifilar de la conexión de un motor eléctrico. 6
3. Diagrama de alambrado de varios componentes. 7
4. Diagrama esquemático para el control de un motor trifásico. 8
5. Curva de corriente contra velocidad en un arranque directo. 13
6. Diagrama de fuerza y control de un arrancador a tensión plena. 14
7. Diagrama de fuerza y control de un arrancador a tensión reducida
por resistencias primarias. 16
por resistencias secundarias. 18
por resistencias primarias. 20
10. Arranque a tensión reducida por autotransformador para dos y tres
compensadores conectados en estrella y delta abierta respectivamente. 22
11. Diagrama de control y fuerza para la inversión del sentido de giro
de un motor. 23
12. Tarjeta de adquisición de datos multifuncional NI USB-6211 de 16 bits. 26
13. Panel frontal del instrumento virtual para controlar el arranque a tensión
reducida del motor. 28

iv

14. Diagrama del sistema de potencia y control para el arranque de un motor
a tensión reducida. 29
15. Diagrama del sistema de control para el arranque a tensión reducida
de un motor. 30
16. Diagrama de bloques del VI principal. 31
17. Parte del diagrama de bloques correspondiente a la adquisición de entradas
de los OLs. 32
18. VIs para generar una salida digital a la bobina 1 para el arranque a
tensión reducida. 33
19. VIs para generar una salida digital a la bobina 2 para dar tensión completa
al motor. 34
20. Panel frontal mostrando el aviso al usuario de que la protección contra
sobrecarga se ha activado. 35
21. VIs de la parte correspondiente al aviso hacia el usuario. 36
22. VIs de la parte correspondiente a las gráficas indicadoras de niveles de
voltaje y corriente. 37
23. VI dentro de la estructura case correspondiente al botón del panel frontal
para detener el programa. 38
24. Circuito de potencia para las salidas de la NI DAQ-6211. 40
25. Fotografía del Circuito de potencia. 41
26. Esquema general de conexión de entradas y salidas de la tarjeta. 42
27. Motor de inducción jaula de ardilla. 43
28. Modulo de resistencias variables. 44

v

29. Relevadores a los lados y OL (en medio). 44
30. Diagrama de conexión para la alimentación trifásica del motor. 45
31. Alimentación de los relevadores y OL. 46
32. Conexión de relevadores y del modulo de resistencias. 46
33. Tarjeta de adquisición de datos y circuito de potencia. 47
34. Conexión del motor de inducción. 47
35. Configuración del servidor Web en LabVIEW. 50
36. Ventana del Web publishing tool. 51
37. Ventana para título de la página web, encabezado y pie de página. 52
38. Ventana para copiar la dirección URL y guardar el archivo. 53
39. Panel frontal visto desde la computadora principal. 54
40. Panel frontal visto desde la computadora principal mostrando la opción
recuperar el control del VI. 55
41. Panel frontal visto desde un explorador de internet. 56
42. Panel frontal visto desde un explorador de internet mostrando la opción
para dejar el control del VI. 57

vi

ACRÓNIMOS
PLC Programmable Logic Controller (Controlador lógico programable)
OL Overload (Relevador de sobrecarga)
VI Virtual Instrument (Instrumento Virtual)
T True (Verdadero)
F False (Falso)
LED Light Emitting Diode (Diodo emisor de luz)
URL Uniform Resource Locator (Localizador uniforme de recursos)
IP Internet Protocol
HTTP HyperText Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de
hipertexto)
HTML HyperText Markup Language (Lenguaje de Marcado de Hipertexto)
HP Horse Power
RPM Revoluciones por minuto
V Voltio
A Amperio
CA Corriente alterna
CD Corriente directa

vii

INTRODUCCIÓN
El hombre siempre ha tenido la inquietud de observar y medir los fenómenos físicos y
químicos para entenderlos, describirlos, explicarlos y posteriormente ser capaz de predecir
y controlar cada evento. El avance que ha tenido la tecnología a través de los años ha
permitido que las herramientas empleadas para este propósito cada vez sean más
sofisticadas y eficientes para cubrir las necesidades de las personas. El empleo, desde hace
décadas de instrumentos de medida y control basado en computadoras ha permitido
aumentar enormemente la productividad y el conocimiento humano.
El desarrollo de los instrumentos de medición y control ha sido muy rápido en los
últimos años. Hace unas décadas estos sistemas estaban basados en una arquitectura de
tubos al vacio, con los que, dada su dimensión, aparatosidad y demás, era muy difícil
utilizarlos en campo. Después, aparecieron los transistores, los circuitos impresos y
actualmente, los chips, siendo estos últimos muy ligeros, potentes y funcionales. Junto a
todo esto, cabe mencionar la evolución de los sistemas basados en computadora, en los que
el desarrollo de herramientas en software de programación, toma un papel muy importante
en la medición y control.
Dicho desarrollo demanda a la industria nuevas formas de controlar sus procesos de
una manera fácil, económica, segura y eficiente para poder ajustarse al medio actual y
satisfacer las necesidades.
El presente trabajo titulado “Control automático de un motor de corriente
alterna mediante instrumentación virtual”, trata sobre el diseño e implementación de un
instrumento virtual que permita realizar el control de un motor desde una computadora

viii

personal y con ello prescindir de algunos elementos físicos comúnmente utilizados para el
control tales como botones pulsadores, luces indicadoras, temporizadores y demás.
Para el desarrollo del instrumento virtual solo se necesita una tarjeta de adquisición
de datos, un circuito de potencia y una computadora, ya sea laptop o de escritorio. La
aplicación que permite el control del instrumento virtual necesario para la medición y
adquisición de datos se ha desarrollado en LabVIEW, un lenguaje de programación gráfica
para instrumentación virtual que se está usando ampliamente en la industria, la
investigación académica tradicional y en la enseñanza, sin embargo, hace falta mayor
conocimiento y desarrollo de aplicaciones. Este lenguaje permite crear una interfaz usuario-
máquina de fácil manejo, eficiente, barata y sobre todo, segura, siendo este último uno de
los principales objetivos que se pretendían al realizar el presente trabajo.
La investigación y desarrollo del presente trabajo se han realizado en el Laboratorio
de Máquinas Eléctricas, del Departamento de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la
Universidad Veracruzana.
El presente trabajo se ha dividido en cuatro capítulos, cuyos contenidos se detallan a
continuación:
En el primer capítulo se describe el planteamiento del problema, la solución
propuesta y el objetivo.
En el capítulo 2 se explican los fundamentos teóricos del control de motores, se
describen los sistemas convencionales de control automático de motores de corriente

ix

alterna y sus características principales, así como los alcances y limitaciones de cada
sistema.
El capítulo 3 comprende la descripción general del sistema propuesto y se divide en
tres apartados:
En el apartado 3.1 se realiza una descripción de la implementación del sistema
propuesto. Aquí se describe detalladamente cómo se llevo a cabo la adquisición de señales,
la generación de las salidas para controlar los relevadores, las conexiones de las entradas y
salidas en la tarjeta de adquisición de datos, el desarrollo del programa en LabVIEW, el
control del instrumento virtual a distancia, material y equipo utilizado y todo lo relacionado
a la instalación física del sistema.
En el apartado 3.2 se describe la configuración necesaria para llevar a cabo el
control del instrumento virtual por internet.
En el apartado 3.3 se presenta el análisis de los resultados obtenidos.
Por último, se dan a conocer las conclusiones generales a las que se ha llegado
después de la realización del presente trabajo, y se proponen algunas mejoras al sistema de
control, basadas en el estudio realizado y los resultados obtenidos.

1

CAPÍTULO
1
JUSTIFICACIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad existen diversos sistemas para el control automático de motores de
corriente alterna, los cuales van desde utilizar lógica de relevadores, hasta la programación
de PLC’S. Estos sistemas pueden tener un funcionamiento eficiente, sin embargo,
generalmente requieren tener contacto directo con ciertas partes del sistema para llevar a
cabo el proceso completo de control. Dado lo anterior, en muchas ocasiones es conveniente
o necesario contar con un sistema que permita ser manejado desde un solo lugar y llevarlo a
cabo de manera indirecta, evitando con esto tener que desplazarse para accionar los
botones, las válvulas, los interruptores y demás dispositivos. Ya sea por seguridad, para el
control más rápido y eficiente o bien para poder supervisarlo desde algún otro lugar fuera
de la empresa o donde se esté llevando a cabo el proceso. El concepto más simple del
control automático de motores tiene que ver con los métodos de arranque, más
específicamente con el arranque a tensión reducida, el cual se usa con mucha frecuencia en
la industria, por lo cual muchas veces, por las razones antes mencionadas, se requiere
llevarlo a cabo de una manera automática.

2

1.2 SOLUCIÓN PROPUESTA
Se propone realizar un instrumento virtual que permita controlar el arranque a tensión
reducida de un motor de corriente alterna sin la necesidad de accionar controles
manualmente, pues en dicho instrumento virtual se agrupan todos los elementos necesarios
para tener el control total del motor. De esta manera, se tiene un sistema de control seguro,
eficiente y además, presenta la gran ventaja de poder ser manipulado desde cualquier lugar
mediante una conexión vía internet. Al prescindir de controladores manuales e indicadores
de luz o de sonido, el sistema de control propuesto resulta ser automático, seguro, aplicable
a más de un motor y eficiente, pues solo se requiere una computadora, una tarjeta de
adquisición de datos con su respectivo software para la programación y un circuito de
potencia hecho a base de circuitos integrados económicos.
1.3 OBJETIVO
Realizar un instrumento virtual que permita el control del arranque a tensión reducida de un
motor de corriente alterna de modo que en dicho instrumento virtual puedan observarse y
manipularse aquellos elementos físicos que forman parte de un sistema de control de
motores convencional, tales como botones, luces indicadoras, alarmas, temporizadores y
demás, siendo dicho instrumento virtual controlado desde cualquier computadora vía
internet y evitando así el contacto directo con los elementos físicos antes mencionados. Con
esto se pretende tener un sistema eficiente, rápido, seguro, automático, de fácil manejo y
además, promover el eficiente uso de la instrumentación virtual para fines prácticos y
educativos.

3

CAPÍTULO
2
FUNDAMENTOS DEL CONTROL
AUTOMÁTICO DE MOTORES DE
CORRIENTE ALTERNA
El término control de un motor involucra varias cosas, desde un simple interruptor de paso,
hasta un complejo sistema que incluye componentes tales como relevadores,
temporizadores, interruptores y demás. Sin embargo, la función a desempeñar es la misma
en cualquier caso: controlar de alguna manera la operación de un motor eléctrico. Por lo
tanto, al seleccionar e instalar el equipo de control para un motor, se deben considerar
diversos factores a fin de que pueda funcionar correctamente en la máquina para la que se
utiliza. El control del motor era un problema sencillo cuando se utilizaba una flecha
maestra común, a la cual se conectaban varias maquinas, porque el motor tenía que arrancar
y parar solo unas cuantas veces al día. Sin embargo, con la transmisión individual el motor
ha llegado a ser casi una parte integrante de la máquina y es necesario diseñar el
controlador que mejor se ajuste a las necesidades particulares.

4

2.1 DIAGRAMAS DE CONTROL
En general, cualquier sistema de control se puede representar para su desarrollo y fácil
comprensión por cuatro tipos de diagramas, dependiendo del grado de detalle que se quiera
obtener, estos diagramas son los siguientes [1]:
• Diagrama de bloques
• Diagrama unifilar
• Diagrama de alambrado
• Diagrama esquemático
Diagrama de bloques
En este tipo de diagramas se utilizan rectángulos y dentro de ellos se describe brevemente
la función de cada uno de ellos. Dichos rectángulos son conectados mediante flechas las
cuales al mismo tiempo, indican la dirección de la circulación de corriente o flujo de
potencia. A continuación se muestra un diagrama de bloques que corresponde al arranque
de un motor por medio de un relevador y una estación de botones.

5

Figura 1. Diagrama de bloques del arranque de un motor por medio de
un relevador y una estación de botones.
Diagrama unifilar
Este tipo de diagrama hace uso de una simbología simplificada en la cual en lugar de
representar a los componentes en un bloque que contiene su descripción, utiliza los
símbolos de cada componente. El propósito de un diagrama unifilar es proporcionar en
forma concisa información del sistema, pues se espera que con el uso de la simbología se
tenga una mejor idea de sus componentes que la que se obtendría en un diagrama de
bloques. En el diagrama unifilar, la línea usada puede representar dos o más conductores.

6

Diagrama de alambrado
En el diagrama de alambrado se muestra la conexión de los componentes de un circuito
solo que a diferencia del diagrama unifilar, se considera el número de conductores que usa
y su color; en algunas ocasiones, se muestra la disposición física de las terminales. Este tipo
de diagramas es recomendable utilizarlos en construcción, ya que es posible localizar con
mayor facilidad las averías o fallas cuando se esté trabajando en instalaciones de equipo y
en mantenimiento de los mismos.
Figura 2. Diagrama unifilar de la conexión de un motor eléctrico.

7

Figura 3. Diagrama de alambrado de varios componentes.
Diagrama esquemático
El diagrama esquemático es aquel en el que se muestran todas las conexiones eléctricas
entre las componentes, sin que se ponga interés en la localización física de los mismos o en
el arreglo de sus terminales. Con este tipo de diagrama se puede alambrar fácilmente y es
muy útil para analizar la forma de operación o localizar una avería en una instalación. Los
componentes de control se arreglan de tal modo que se pueda simplificar el trazo del
circuito.

8

Figura 4. Diagrama esquemático para el control de un motor trifásico.

9

2.2 CLASIFICACIÓN DEL CONTROL DE MOTORES
De acuerdo a la forma en que se ejecuta el control de los motores, existen tres clases de
control, los cuales se describen a continuación.
2.2.1 CONTROL MANUAL
Un control manual es aquel en el que una persona debe iniciar la acción directamente para
que el circuito opere, utilizando comúnmente las estaciones de botones para accionar los
interruptores y botones pulsadores que permitan conectar y desconectar el circuito. Este
tipo de control es el más sencillo y conocido y se utiliza generalmente para el arranque de
motores pequeños a voltaje nominal.
En este tipo de control, no solo el arranque y paro se llevan a cabo de forma manual,
sino todas las acciones que se requieran para efectuar cualquier cambio en las condiciones
de funcionamiento de la máquina [1].
2.2.2 CONTROL SEMIAUTOMÁTICO
El control semiautomático es una combinación del accionamiento manual y automático de
los controladores de operación del motor. Este tipo de control se utiliza principalmente para
facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual
no es posible. En algunas circunstancias cuando se requiera se puede llevar a cabo el
control solo en forma manual y si se desea hacer solo en forma automática, también se
efectuará dicha acción [1].

10

2.2.3 CONTROL AUTOMÁTICO
El control automático está formado por un arrancador electromagnético o contactor
controlado por uno o más dispositivos pilotos manuales, tales como pulsadores,
interruptores, combinadores de tambor o dispositivos análogos. La orden inicial de marcha
puede ser automática, pero generalmente es una operación manual realizada en una estación
de botones [1].
Este tipo de control se utiliza principalmente en instalaciones donde máquinas y
procesos se arrancan y se restablecen automáticamente mediante dispositivos de control
automático, lo que se traduce en un ahorro de mano de obra y materiales. Además, se
reducen los riesgos de operación de algunas máquinas para el operario y para el producto
procesado.
El concepto más simple del control de motores eléctricos tiene que ver con los
métodos de arranque, de los cuales a continuación se hace una breve descripción de los
tipos más utilizados.
2.3 ARRANQUE DE MOTORES
Se denomina arranque de motores al proceso transitorio en el que se eleva la velocidad del
mismo desde el estado en reposo, hasta que el motor alcance su velocidad nominal. El
estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia práctica, ya que el
conocimiento de las características principales de los motores eléctricos y los tipos de
arranque están basados en el conocimiento de las particularidades de este régimen
transitorio [2].

11

La ecuación diferencial que determina el comportamiento dinámico del conjunto
motor-máquina es la siguiente:
dt
d
J
Tr
Tm
ω
×
=
−
(1)
Donde:
Tm= Par del motor
Tr = Par resistente
J = Momento de inercia del conjunto motor-máquina
ω = Velocidad angular
El par es proporcional al flujo del campo magnético y a la corriente absorbida. La
suma de todos los pares constituye el momento de rotación resultante de la máquina
llamado también par motor. Por lo tanto, para que el conjunto empiece a girar se necesita
que el par motor sea mayor al par resistente ejercido por los propios mecanismos y cargas
que vayan aplicadas al eje del motor, de manera que pueda generar una aceleración angular
de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par
resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor.
El hecho de que el par dependa de la corriente absorbida tiene malas consecuencias
para el arranque. Generalmente, se requieren grandes pares de arranque, por lo que la
corriente absorbida puede llegar a superar los valores límite de las compañías

12

suministradoras de energía y otras regulaciones particulares, los cuales fijan los valores de
la relación entre la corriente máxima y la nominal del motor.
El motor se puede arrancar conectándolo a la línea directamente, pero los elementos
acoplados a dicho motor se pueden dañar si se arranca con ese esfuerzo giratorio repentino;
es por ello que deben utilizarse métodos de arranque que permitan no solo disminuir este
efecto, sino también para disminuir la demanda de corriente en la línea durante el arranque
la cual, como se menciono anteriormente, puede llegar a superar los límites normalizados y
provocar calentamiento en los conductores involucrados.
2.4 MÉTODOS DE ARRANQUES DE MOTOR
2.4.1 ARRANQUE DIRECTO
El arranque manual es la manera más sencilla de arrancar un motor, pues éste se conecta
directamente a la línea, en cuyo caso el motor desarrolla durante el arranque el par que
señala su característica par-velocidad [3]. En el momento en que se cierra el contacto de
alimentación, el motor desarrolla el máximo par de arranque y la corriente queda limitada
solamente por la impedancia del motor. A medida que el motor acelera, el deslizamiento y
la corriente disminuyen hasta alcanzar la velocidad nominal. El tiempo para llevar a cabo
esto depende de la carga impuesta al motor, de su inercia y de su fricción [4]. La figura 2.1
muestra la curva característica de la corriente absorbida con respecto a la velocidad del
motor. Regularmente la corriente demandada en el arranque es entre 5 a 8 veces la
corriente nominal.

13

Este método permite tener un par de arranque rápido, elevado, relativamente barato
y sencillo, sin embargo, solo es recomendable el arranque directo en los siguientes casos:
• La potencia del motor es débil con respecto a la de la red (de 5 a 10 HP), para no
provocar perturbaciones debido a la corriente demandada.
• La maquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone
de un dispositivo mecánico que impide el arranque brusco.
• El par de arranque debe ser elevado.
No es recomendable utilizarlo en los siguientes casos:
• La caída de tensión provocada por la corriente demandada pueda perturbar el buen
funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea.
Figura 5. Curva de corriente contra velocidad en un arranque
directo.

14

• La maquina accionada no puede admitir sacudidas mecánicas.
• La seguridad o comodidad se ve comprometida.
La sencillez del arranque directo hace posible el arranque con un simple contactor,
por lo que rara vez se efectúa mediante arrancador manual.
Figura 6. Diagrama de fuerza y control de un arrancador a tensión
plena.

15

2.4.2 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA
Algunas cargas a las que somete un motor en la industria se deben arrancar en forma
gradual, como es el caso de máquinas que procesan productos frágiles u otras aplicaciones
donde no se pueden conectar los motores directamente a la línea debido a la gran corriente
demandada. Este tipo de arranque consiste en suministrar al motor un voltaje menor al
nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensión se reduce
proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magnético y el par. Por lo tanto,
este método de arranque es utilizado en motores que no necesiten un gran par de arranque.
Este tipo de arranque opera para potencias fraccionarias mayores a 10 HP y utilizan
diversos métodos de arranque que en forma gradual, van aumentando la tensión de la carga
a alimentar. A continuación se describen los más comunes.
2.4.3 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA POR RESISTENCIA PRIMARIA
En este tipo de arranque el lado primario o de alimentación de un motor se controla por dos
grupos de contactos localizados en cada conductor de entrada. El conjunto de contactos que
se cierra primero son los que están en serie con las resistencias. Como estas resistencias
quedan en serie con las terminales del motor, se produce una caída de tensión originada por
la corriente de arranque, así que el motor recibe un voltaje menor a su voltaje nominal y
arranca con una velocidad reducida. Después de un tiempo predeterminado, un relé
temporizado activa el otro conjunto de contactos, cortocircuitando a las resistencias
primarias, sin interrumpir el circuito de alimentación y aplicando de esta manera voltaje
pleno para acelerar el motor a su velocidad nominal. Por lo tanto, este tipo de arrancadores

16

permiten que el motor arranque y acelere en forma muy suave, debido al incremento
gradual de la tensión en las terminales del motor a medida que se va acelerando [5].
reducida por resistencias primarias.

17

2.4.4 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA POR RESISTENCIA SECUNDARIA
Este tipo de arranque, en el lado primario del motor se usan 6 resistencias y se conectan de
tal manera que cuando los contactos del relevador de arranque del motor cierran, la
corriente circula por las 6 resistencias para arrancar el motor a baja velocidad. Después de
un tiempo predeterminado, la primera serie de contactos cierran para cortocircuitar tres de
las resistencias, lo que incrementa la velocidad del motor. Si se desea una velocidad mayor,
se cerraran la segunda serie de contactos para eliminar el efecto de las otras tres
resistencias, por medio de conectar en corto circuito a través de los contactos y es entonces
cuando el motor estará operando a velocidad nominal. El motor puede nuevamente reducir
su velocidad abriendo cualquiera de los conjuntos de contactos [1].

18

reducida por resistencias secundarias.
2.4.5 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA POR AUTOTRANSFORMADOR
Este tipo de arranque consiste en alimentar el motor a tensión reducida a través de un
autotransformador, de tal forma que las sucesivas tensiones aplicadas al motor tengan un
valor creciente durante el proceso de arranque, hasta alcanzar el valor nominal,
obteniéndose de esta forma una reducción en la corriente y del par del motor en la misma
proporción .

19

Generalmente los autotransformadores se equipan con tomas para el 55%, 65% y
80% de la tensión de línea. El número de puntos de arranque depende de la potencia del
motor y de las características de la máquina accionada.
En estas condiciones, las corrientes y el par de arranque obtenidos al escoger
cualquiera de estas tensiones bajaran respectivamente al 25%, 42% y 64% de los valores
correspondientes de la tensión plena.
El arranque se lleva a cabo de la siguiente manera:
• Primeramente, el autotransformador comienza por acoplarse en estrella y a
continuación, el motor se acopla a la red a través de una parte de los devanados del
autotransformador. El arranque se lleva a cabo a una tensión reducida que se calcula
en función de la relación de transformación. Como se mencionó anteriormente, el
transformador tiene tomas que permiten seleccionar la relación de transformación y,
con esto, el valor más adecuado de la tensión reducida.
• Antes del acoplamiento a tensión plena, la conexión estrella se abre. En ese
momento, la fracción de bobinado conectada a la red crea una inductancia en serie
con el motor. Esta operación se realiza cuando se alcanza la velocidad de equilibrio
al final del primer tiempo.
• El acoplamiento a tensión plena interviene a partir del segundo tiempo,
normalmente muy corto. Las inductancias en serie con el motor se cortocircuitan y a
continuación, el transformador queda fuera del circuito.

20

2.4.6 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA POR CONEXIÓN DELTA
ESTRELLA
Este tipo de arranque es sencillo y económico, sin embargo su empleo es solo aplicable
cuando se dispone de motores especiales, en los cuales los dos extremos de cada uno de los
tres devanados estatóricos salgan a la caja de conexiones del motor [5].
Inicialmente se arranca el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de
la red, lo que significa que el motor recibirá su tensión nominal dividido entre 3 .
reducida por resistencias primarias.

21

Además, durante el arranque, la corriente y el par de arranque son aproximadamente el 33%
de sus valores nominales.
En los motores industriales la relación entre el par de arranque y nominal, varía
entre 1.2 y 2; en consecuencia el par de arranque resultante oscila entre 0.4 y 0.67 del par
nominal, por ello este procedimiento solamente se aplica en aquellos casos en los que el par
resistente de la carga, en el momento de la puesta en marcha no excede, como media, del
50% del par nominal, como sucede en determinadas aplicaciones como, bombas centrífugas
y ventiladores.
La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par
resistente, normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los
devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características. Mediante un
temporizador se controla el tiempo de transición del acoplamiento en estrella al
acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo de
30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito
entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo. Por lo tanto, el
arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o
que arrancan en vacío.

22

a) b)
Figura 10. Arranque a tensión reducida por autotransformador.
a) Tres compensadores conectados en estrella. b) Dos compensadores
conectados en delta abierta.
2.5 ARRANCADOR PARA UN MOTOR DE INDUCCIÓN CON SELECCIÓN
DEL SENTIDO DEL GIRO
En muchas ocasiones, la industria tiene procesos en los cuales el flujo de producción debe
realizarse en uno de dos sentidos; por lo que se requiere revertir el sentido de dichos
procesos y su respectivo equipo controlador, en el cual se incluyen los motores. En la
figura 11 se presenta uno de los arrancadores más utilizados para el control de la inversión
del sentido de giro de un motor basándose en el estudio de los motores de corriente alterna,
el cual establece que para invertir el sentido de rotación es suficiente con intercambiar dos
conductores en fase.

23

Como puede observarse en el diagrama, el motor se puede poner en marcha en
cualquier sentido de rotación y como se dijo anteriormente, lo que se hace es invertir dos de
las tres líneas de alimentación del motor, que como se sabe, son suficientes para invertir el
sentido del campo magnético del motor. También se cuenta con una bobina de frenado “Bf”
para detener la inercia del motor una vez sacado de operación de cualquier dirección, para
evitar que se cambie el sentido del campo magnético con el rotor del motor aun en marcha
en dirección opuesta a la del campo, lo cual ocasionaría que el motor tomará un mayor par
de arranque con su respectivo incremento en la corriente de arranque y que la rotación del
sentido opuesto se inicie una vez que el motor este totalmente estático.
Figura 11. Diagrama de control y fuerza para la inversión del sentido de giro de un
motor.

24

2.6 CONTROL DE MOTORES PARA SECUENCIAS DE ARRANQUE Y PARO
En la industria se suelen tener procesos donde el flujo de producción se lleva a cabo en
forma secuencial y en los que varias partes del sistema van una en función de la otra. Es por
ello que nace la necesidad de diseñar sistemas de control para llevar a cabo dichos procesos
en forma funcional y económica. Un ejemplo de esta clase de procesos se presenta en las
líneas de producción donde se tienen sistemas de bandas de transportación. Generalmente
en las bandas de transporte se depende una de otra, por lo que al diseñar el sistema de
control de los motores que las hacen operar se debe de considerar la secuencia en el
arranque y en el paro de un motor respecto a los demás, a manera de que el proceso se
desarrolle de manera eficiente.
Los sistemas de control antes mencionados son solo algunas de las aplicaciones más
comunes en la industria y es importante mencionar que no es la única manera de llevarlos a
cabo, pues existen diferentes arreglos que permiten realizar la misma función.

25

CAPITULO
3
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL
SISTEMA PROPUESTO
El sistema propuesto está centrado en el control del arranque de un motor a tensión
reducida. Esto se lleva a cabo mediante una computadora personal, una tarjeta de
adquisición de datos y un circuito de potencia para acoplar las entradas y salidas de la
tarjeta hacia el motor. Como se mencionó previamente, el software para programar dicho
control se desarrolló en LabVIEW y la descripción detallada del sistema se presenta a
continuación.
3.1 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO
En el presente capítulo se describe detalladamente el sistema propuesto para el
arranque a tensión reducida, el cual para su explicación se ha divido de la siguiente manera:
• Desarrollo del instrumento virtual en LabVIEW
• Desarrollo del circuito de potencia
• Desarrollo de conexiones hacia la tarjeta de adquisición de datos, circuito de
potencia y motor de corriente alterna.

26

3.1.1 DESARROLLO DEL INSTRUMENTO VIRTUAL EN LABVIEW
3.1.1.1 ADQUISICIÓN Y GENERACIÓN DE SEÑALES
Las funciones de adquisición de datos para obtener las señales de entrada
correspondientes a las señales de los OLs y la generación de señales para accionar los
relevadores fueron realizados con la tarjeta NI USB- 6211 de 16 bits de National
Instruments (Figura 12). En este caso se utilizaron las entradas y salidas digitales
disponibles en esta tarjeta la cual, a pesar de ser sencilla, consta de los recursos suficientes
para este proyecto.
Figura 12. Tarjeta de adquisición de datos multifuncional NI USB-6211
de 16 bits.

27

3.1.1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA EN LABVIEW
Los programas desarrollados mediante LabVIEW se denominan Instrumentos
Virtuales (VIs), ya que a través de software permiten reproducir las funciones de
instrumentos reales. Los VIs tienen una parte interactiva con el usuario y otra parte de
código fuente, y aceptan parámetros procedentes de otros VIs. Todos los VIs tienen un
panel frontal y un diagrama de bloques. Las funciones disponibles para crear y modificar
los VIs se agrupan en menús gráficos llamados ‘paletas’. La descripción del programa y su
modo de empleo está disponible en numerosas fuentes [7]. A continuación se procederá a
realizar una descripción del programa utilizado para el sistema de control propuesto.
PANEL FRONTAL
El panel frontal es la interfaz gráfica del instrumento virtual VI con el usuario. Esta
interfaz es la que permite al usuario dar las entradas y representar las salidas
proporcionadas por el programa. En sí, un panel frontal está formado por una serie de
botones, indicadores, pulsadores, gráficos, y cada uno de ellos puede estar definido como
un control o un indicador. Los controles sirven para introducir parámetros al VI, mientras
que los indicadores se emplean para mostrar los resultados producidos, ya sean datos
adquiridos o resultados de alguna operación [6].
En la figura 13 se muestra el panel frontal del instrumento virtual que controla el
arranque a tensión reducida. Este panel frontal cuenta con un botón de arranque, un botón
de paro, un botón para detener el programa, una gráfica de corriente, una gráfica de voltaje,
cuatro luces que indican el estado del motor y un control para el tiempo de espera en el cual
se arrancará el motor a tensión completa.

28

DIAGRAMA DE BLOQUES
En el diagrama de bloques es donde se realiza el desarrollo del programa del VI para
controlar o realizar cualquier proceso de las entradas y salidas que se crearon en el panel
frontal [6]. En la figura 14 se muestra el diagrama de un sistema de potencia y control
comúnmente utilizado para el arranque a tensión reducida de un motor de corriente alterna.
Figura 13. Panel frontal del instrumento virtual para controlar el
arranque a tensión reducida del motor.

29

Figura 14. Diagrama del sistema de potencia y control para el arranque
de un motor a tensión reducida.
La sección de control se muestra en la figura 15, y su funcionamiento es el
siguiente: Al presionarse el botón de arranque, se enciende una lámpara indicadora del
arranque a tensión reducida y se activa la bobina A, la cual cierra sus contactos
normalmente abiertos, uno de ellos para mantener el encendido, otro para apagar el foco
indicador de apagado, otro para activar la bobina B la cual tiene un tiempo de retardo al
activarse y, por supuesto, cierra los contactos que están en serie con las resistencias que
permitirán tener una caída de tensión para dar al motor una tensión menor a la nominal.
Después de un tiempo predeterminado por el usuario, se activan la bobina C y la lámpara
indicadora de tensión completa, se apaga la lámpara indicadora del arranque a tensión

30

reducida y se cierran los contactos que pondrán en corto circuito a las resistencias para
proporcionar al motor una tensión completa.
La figura 16 muestra el diagrama de bloques del programa en LabVIEW que realiza
las funciones del sistema de control anterior. Al empezar a correr el programa, se ejecuta
únicamente el ciclo while puesto que la otra parte del programa está condicionada por el VI
botón de arranque. Este VI es activado por el usuario desde el panel frontal y generará
como salida un estado de T o F cuando se habilite o deshabilite, respectivamente. Dicha
salida está conectada a una estructura de control de ejecución case el cual contiene los dos
subdiagramas o casos para los estados de T o F. Solo un subdiagrama puede ejecutarse a la
vez y el valor de entrada conectado a esta estructura determinará cuál de ellos se ejecutará.
Si el valor de entrada es un estado T, se ejecuta proceso descrito en el subdiagrama
mostrado en la figura 16 y se realiza lo siguiente: el VI Daq Assistant 1 empieza a adquirir
una señal digital del relevador de sobrecarga (OL) ya sea, 1 lógico si la protección esta
Figura 15. Diagrama del sistema de control para el arranque a tensión
reducida de un motor.

31

activada o 0 lógico si esta desactivada. Dicha señal pasa posteriormente por un comparador
en el que se determina el estado del relevador de sobrecarga, generando el valor de 1 lógico
para el estado T o un valor de 0 lógico para el estado F. Si la protección esta activada, el
programa seguirá corriendo, generará una salida para apagar un LED indicador de apagado,
encender el LED indicador de encendido y el LED indicador de que el motor está
recibiendo tensión reducida y se muestran las gráficas correspondientes al voltaje y la
corriente que el motor está recibiendo en ese momento. La parte del diagrama de bloques
correspondiente a la adquisición y comparación de la señal de entrada del OL se presenta
en la figura 17.
Figura 16. Diagrama de bloques del VI principal.

32

Figura 17. Parte del diagrama de bloques correspondiente a la
adquisición de entradas de los OLs.
Por otro lado, otros VIs empiezan a generar las salidas correspondientes a las
bobinas 1 y 2. Dichos valores de salida están determinados por el tiempo de espera que el
usuario haya elegido para retardar el arranque a tensión completa.
En la figura 18 se presenta la parte del diagrama de bloques correspondiente a la
generación de una salida digital para activar a la bobina 1, y su funcionamiento es el
siguiente: el VI Elapsed Time funciona como temporizador y genera también dos tipos de
salidas, T o F. Esto depende del tiempo de espera definido, es decir, si el tiempo de espera
es 5 segundos, mientras no hayan pasado 5 segundos después de que se activa el programa,
estará generando a la salida un estado F y cuando han transcurrido los 5 segundos,
empezará a dar como salida un estado de T. Posteriormente, dicha señal pasa por un
selector, el cual genera en la salida el valor conectado en la terminal de entrada T o en la
entrada F, dependiendo de la señal de entrada S que, en este caso, corresponde a la salida

33

del VI Elapsed Time. La salida del selector va conectado al VI simulate signal 1, el cual
simula una señal de corriente directa que funcionará como dato de entrada al Daq assistant
2. Este último genera la salida digital hacia la bobina 1 para poder entregar tensión reducida
al motor.
Entre el simulador de señales y el Daq assistant 2 se encuentra otro selector que
permite ya sea generar una salida digital proveniente del simulador de señales o enviar una
salida igual a cero si se presiona el botón de paro; esto para evitar que se quede
memorizada una salida positiva después de parar el programa.
Figura 18. VIs para generar una salida digital a la bobina 1 para el arranque
a tensión reducida.

34

En la figura 19 se muestran los VIs que permiten generar la salida digital para activar
la bobina 2 y, con esto, proporcionar al motor tensión completa.
Si uno de los OLs esta activado o si se activa en algún momento, inmediatamente se
detiene el programa, empieza a sonar una alarma y se muestra un aviso al operador de que
la protección contra sobrecarga se ha activado. La figura 20 muestra como se ve el panel
frontal cuando ocurre este evento.
Figura 19. VIs para generar una salida digital a la bobina 2 para dar tensión
completa al motor.

35

Figura 20. Panel frontal mostrando el aviso al usuario de que la
protección contra sobrecarga se ha activado.
La figura 21 muestra la parte del programa en el diagrama de bloques
correspondiente al aviso hacia el usuario y activación de la alarma cuando la protección
contra sobrecarga falla.

36

Figura 21. VIs de la parte correspondiente al aviso hacia el usuario.
Con respecto a las gráficas del panel frontal que presentan los niveles de corriente y
voltaje con el motor operando a tensión completa y a tensión reducida, los valores fueron
obtenidos cuando se realizaron las pruebas en el laboratorio. En la figura 22 se presenta la
parte del diagrama de bloques correspondiente a estas gráficas las cuales presentan los
datos de acuerdo a las condiciones de entrada de los selectores.

37

Figura 22. VIs de la parte correspondiente a las gráficas indicadoras de
niveles de voltaje y corriente.
Si se presiona el botón de paro desde el panel frontal, deja de ejecutarse el
ciclo while que está dentro de la estructura case. En ese momento como no se está
presionando el botón de arranque del panel frontal, el VI botón de arranque estará
generando como salida un estado F, lo cual hace que se ejecute el caso false dentro
del cual se encuentra el VI stop correspondiente al botón para detener el programa
del panel frontal. La figura 23 muestra el VI stop y la estructura case.

38

Figura 23. VI dentro de la estructura case correspondiente al botón del
panel frontal para detener el programa.

39

3.1.2 DESARROLLO DEL CIRCUITO DE POTENCIA
El circuito de potencia es la parte controladora que se encuentra entre la etapa de
control y los motores, y es en donde ocurre el mayor consumo de corriente, pues es la parte
que se encarga de activar los relevadores. Como se mencionó anteriormente, la generación
y adquisición de señales se lleva a cabo mediante la tarjeta de adquisición de datos NI
USB-6211 la cual no soporta altos valores de corriente, por lo que debe conectarse a un
circuito de potencia para manejar los valores requeridos y para protegerla de alguna
sobrecarga.
A continuación se presenta la lista de los materiales necesarios para implementar
dicho circuito:
• Una tablilla para prototipos (protoboard)
• 2 Opto acopladores 4N26
• 2 Relevadores RAS- 0510 de 5 Vcd
• 2 Pilas de (9 V y 6 V)
• 2 Transistores TIP 41C
En la figura 24 se muestra el circuito de potencia utilizado. Como puede observarse,
la salida output corresponde a las salidas de la tarjeta de adquisición de datos, las cuales
van conectadas a un optoacoplador. Un optoacoplador es un dispositivo de emisión y
recepción de luz que funciona como interruptor excitado mediante una luz; dicha luz es
emitida por un diodo emisor de luz (LED) para iluminar y activar un fototransistor. La
principal ventaja de un optoacoplador es su aislamiento eléctrico entre los circuitos de

40

entrada y salida, puesto que el único contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Es por
esto que se utiliza el optoacoplador para mantener un buen aislamiento en la tarjeta de
adquisición de datos en caso de alguna falla. Para poder obtener la corriente necesaria para
activar el relevador RAS-0510, se conecta en la salida del optoacoplador un transistor TIP
41C. Los contactos de dicho relevador se conectan a 120 V para activar a las bobinas 1 y
2, en este caso la bobina 1 se conectará en serie con el modulo de resistencias y la bobina 2
cortocircuitará dichas resistencias para permitir la alimentación a tensión completa del
motor.
Figura 24. Circuito de potencia para las salidas de la NI DAQ-6211.

41

Figura 25. Fotografía del circuito de potencia.

42

3.1.3 DESARROLLO DE CONEXIONES HACIA LA TARJETA DE ADQUISICIÓN
DE DATOS, CIRCUITO DE POTENCIA Y MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
En la figura 26 se presenta el esquema general de las conexiones desde y hacia la
tarjeta de adquisición de datos. En primer lugar, se muestra la conexión de una entrada
digital correspondiente a la señal de los OLs los cuales se alimentan a 6 V, y se muestran
también las dos salidas digitales hacia el circuito de potencia explicado anteriormente.
Como puede observarse, los relevadores RAS- 0510 tienen la función de activar a las
bobinas 1 y 2, las cuales reciben alimentación trifásica de 120 Vac para poder entregar al
motor una tensión reducida y una tensión completa. Los puertos de entrada y salida de la
tarjeta se configuran al utilizar los VIs de adquisición y generación de datos en el diagrama
de bloques.
Figura 26. Esquema general de conexión de entradas y salidas de la tarjeta.

43

Como se mencionó al principio, esta prueba se llevó a cabo en el Laboratorio de
Máquinas Eléctricas y es de aquí donde se utilizó el banco de resistencias, los relevadores,
los OLs y el motor. Las características de cada uno de estos elementos se presentan a
continuación:
• Motor de inducción jaula de ardilla, ¼ HP, 1670 RPM, 208 V- 1.2 A
• Módulo de resistencia variable, 252 W- 120 V CA/CD, tolerancia ± 5 %
• Bobinas SIEMENS, alimentación trifásica, 50 Hz y 60 Hz.
• Relevadores de sobrecarga SIEMENS, alimentación trifásica, de -25º a -60º, 50 Hz
y 60 Hz, reset manual.
Figura 27. Motor de inducción jaula de ardilla.

44

Figura 28. Módulo de resistencias variables.
Figura 29. Relevadores (a los lados) y OL (en medio).

45

En la figura 30 se muestra el esquema de conexión correspondiente a la
alimentación trifásica hacia el motor. Se utilizó el valor más pequeño del módulo de
resistencias, en este caso la combinación en paralelo de 1200, 600 y 300 Ω que equivale a
tener una resistencia de valor igual a 171.428 Ω.
Figura 30. Diagrama de conexión para la alimentación trifásica
del motor.

46

Las conexiones reales del sistema se muestran en las fotografías de las figuras 31, 32,
33 y 34.
Figura 31. Alimentación de los relevadores y OL.
Figura 32. Conexión de relevadores y del módulo de resistencias.

47

Figura 33. Panel frontal del VI en la computadora y tarjeta de
adquisición de datos.
Figura 34. Conexión del motor de inducción.

48

3.2 CONTROL A DISTANCIA DEL INSTRUMENTO VIRTUAL
Una de las grandes ventajas que tiene el instrumento virtual propuesto para el
arranque a tensión reducida del motor de corriente alterna, es el poderlo controlar a
distancia ya que en muchas ocasiones no es posible permanecer en el mismo lugar donde se
está llevando a cabo algún proceso y en algunas otras, es necesario que se esté
monitoreando el proceso desde varios lugares para mayor seguridad.
En LabVIEW es posible observar y controlar paneles frontales desde un navegador
web, por lo que los usuarios pueden ver en tiempo real las actualizaciones del panel frontal.
Varios usuarios pueden observar el panel frontal simultáneamente pero solo uno de ellos
puede tener el control del mismo.
A continuación se describe el proceso de configuración para llevar a cabo el
monitoreo y control de la aplicación propuesta.
• CONFIGURACIÓN DEL SERVIDOR WEB DE LabVIEW
LabVIEW ya cuenta con su propio servidor web, una aplicación o software que
permite subir los instrumentos virtuales a internet, proporcionando una dirección URL al
sistema con el IP de la computadora. Sin embargo, deben habilitarse y configurarse ciertas
opciones para poder llevar esto a cabo [8]. A continuación se presentan los pasos para
realizar esta configuración:
a) Del menú tools, se selecciona options.
b) En Web server: Configuration se habilita la opción Enable Web server.

49

c) LabVIEW emplea el puerto HTTP 80 como predeterminado. En este caso se
utilizó Windows, por lo que esta opción puede o no estar habilitada, ya que el
valor default es 80. Esto no aplica en caso de estar utilizando Mac OS o Linux,
ya que el valor default es 8000. En la opción timeout se selecciona use default.
d) En el menú Web Server: Browser Access, se selecciona la opción Add para
agregar la dirección de un buscador a la lista de acceso. Dicha dirección puede
ser un dominio o una dirección IP. En este caso, se utilizó la opción por default
en la cual aparece un asterisco que representa el acceso a todos los usuarios.
e) Del menú Web Server: Browser Access, se selecciona Allow viewing and
controlling, para que los demás usuarios puedan ver y controlar el instrumento
virtual.
f) En Web server: Visible VIs se selecciona la opción Add para agregar el nombre
del instrumento virtual que se desea publicar. En el caso particular de este
proyecto, se usó el instrumento virtual arranque a tensión reducida.vi. El
asterisco permite que se puedan ver todos los instrumentos virtuales guardados.

50

Figura 35. Configuración del servidor Web en LabVIEW.
• CREAR Y GUARDAR EL ARCHIVO HTML
Para conocer la dirección URL por la cual se tendrá acceso a la página web desde un
explorador de internet, hay que acceder o tener acceso al servidor web del instrumento
virtual en el que se está trabajando, para ello se llevó a cabo lo siguiente:
Del menú tools, se selecciona Web publishing tool. Posteriormente se abrirá una
ventana como la que aparece en la figura 36. En esta ventana se selecciona el instrumento
virtual en el que se va a habilitar el servidor web de LabVIEW. En el modo de
visualización, en este caso, se seleccionó el modo embedded y se habilita la casilla Request
control para que los demás usuarios puedan ver y controlar el panel frontal remotamente.

51

Figura 36. Ventana del Web publishing tool.
Dando clic en el botón next se muestra la pantalla que aparece en la figura 37 en la
cual se escribe el título de la página web, el encabezado y el pie de página.

52

Por último, al dar clic en el botón next aparece la ventana de la figura 38 en la cual
se muestra la ubicación de la página web con el instrumento virtual creado por LabVIEW,
se le da un nombre al archivo de la página web con extensión HTML y una vez dado el
nombre, se muestra la dirección URL con la cual se puede acceder a ella desde un
explorador de internet. Por último, se selecciona Save to Disk para guardar el archivo,
habilitar la página y el servidor web.
Una vez hecho esto, ya puede utilizarse la dirección URL proporcionada para poder
controlar el panel frontal del instrumento virtual desde un explorador de internet. Sin
embargo, se tomaron en cuenta ciertas consideraciones que tienen que ver con la
configuración de redes y son las siguientes:
Figura 37. Ventana para título de la página web, encabezado y pie de
página.

53

• Para que pudiera existir la comunicación remota, además de llevar a cabo
los pasos anteriores, se tuvieron que desactivar las opciones
correspondientes en el Firewall y el antivirus.
• Fue necesario disponer de una dirección IP fija para que la dirección web
por la cual se tiene acceso al sistema no estuviera cambiando.
• En la computadora donde se quiera monitorear o controlar el panel frontal
mediante un explorador de internet, no es necesario que se tenga instalado el
LabVIEW, pero si se debe instalar la aplicación LabVIEW Run Time Engine
de la misma versión que la de la computadora principal.
Figura 38. Ventana para copiar la dirección URL y guardar el archivo.

54

En la figura 39 se presenta el panel frontal del instrumento virtual de la
computadora principal. Inicialmente ésta última tiene el control del instrumento virtual,
pero al dar clic derecho sobre este panel frontal, se desbloquea para que algún usuario
pueda tomar el control remotamente, recordando que varios usuarios pueden monitorear el
VI, pero solamente un usuario puede controlarlo a la vez.
Figura 39. Panel frontal visto desde la computadora principal.

55

Figura 40. Panel frontal visto desde la computadora principal mostrando la opción
recuperar el control del VI.
En la figura 41 se presenta el panel frontal del instrumento virtual visto desde un
explorador de internet. Como puede observarse, este panel frontal tiene habilitado el botón
de Run , lo cual significa que se ha transferido el control del instrumento virtual a este
panel frontal. Basta con dar clic derecho para solicitar o dejar el control del panel frontal
visto desde el explorador, tal como se muestra en la figura 42.

56

Figura 41. Panel frontal visto desde un explorador de internet.

57

Figura 42. Panel frontal visto desde un explorador de internet
mostrando la opción para dejar el control del VI.

58

3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este trabajo se diseñó e implementó experimentalmente el control automático del
arranque a tensión reducida de un motor de corriente alterna mediante instrumentación
virtual. Para hacerlo, se utilizó una tarjeta de adquisición de datos NI USB-6211 de 16 bits
de National Instruments, un circuito de potencia para acoplar las entradas y salidas de la
tarjeta con el motor y una computadora personal. El motor controlado es de tipo inducción
jaula de ardilla de ¼ HP, 1670 RPM, 208 V y 1.2 A. Se utilizaron bobinas marca
SIEMENS de alimentación trifásica, relevadores de sobrecarga marca SIEMENS de
alimentación trifásica de -25º a 60º y un modulo de resistencia variable de 252 W, 120 V
ca/cd y tolerancia ± 5 %.
Las pruebas se llevaron a cabo en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la
Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Universidad Veracruzana, y los resultados
obtenidos fueron los siguientes:
Al poner en marcha el instrumento virtual para el arranque a tensión reducida del
motor de corriente alterna, ya sea directamente o a través de internet, se pudo observar que
funciona correctamente, los relevadores funcionan en el tiempo especificado y el programa
no presenta problemas de velocidad al generar y adquirir las salidas, por lo que el arranque
y paro se llevan a cabo como si se estuviese trabajando con pulsadores manuales. Sin
embargo, esto puede llegar a convertirse en un problema crítico para aplicaciones de mucha
precisión o para monitoreo de procesos a través de la red, en donde la sincronía de las
operaciones es muy importante y requiere tener una excelente velocidad de respuesta. Aún

59

en este caso, los problemas de velocidad y sincronía serían atribuibles a la operación de las
redes de comunicaciones, pero no al sistema de instrumentación virtual.
El temporizador responde eficientemente al tiempo predeterminado por el usuario, y
no presenta retrasos ni adelantos no deseados. Si el motor ya está en marcha y el tiempo
especificado es muy largo, o se requiere que el arranque a tensión reducida se efectué en
menor o mayor tiempo del especificado, simplemente se reprograma el tiempo requerido y
el temporizador se reajusta al nuevo tiempo sin ningún problema.
También se accionaron manualmente los relevadores de sobrecarga para simular
una condición de carga excesiva y observar la velocidad de respuesta del instrumento
virtual. Al hacer esto, se pudo observar una inmediata respuesta para detener el programa y
mandar el correspondiente aviso al usuario. Si se arranca el motor con la protección de
sobrecarga activada simplemente no corre el programa ni genera salida alguna, lo cual
indica que el motor tiene una buena protección en caso de falla por sobrecorriente.

60

CAPÍTULO
4
CONCLUSIONES Y
TRABAJO A FUTURO
4.1 CONCLUSIONES
Analizando los resultados puede concluirse que el sistema propuesto presenta las siguientes
ventajas con respecto a otros sistemas convencionales para control de motores:
• La programación de los instrumentos virtuales es un proceso sencillo, puesto que el
tipo de programación en LabVIEW es gráfica, así que no es necesario saber otro
lenguaje de programación.
• Prácticamente no se necesitan botones, pulsadores, luces indicadoras o
temporizadores, ni alambrado de los mismos ni otros componentes físicos, puesto
que ya forman parte del panel frontal del instrumento virtual, pudiéndose agregar a
este último todos los instrumentos indicadores y de control deseados sin implicar un
mayor costo.
• No se requiere de un PLC u otro dispositivo programable para la automatización del
arranque. En lugar de eso se necesita una tarjeta de adquisición de datos y un

61

sencillo circuito de potencia para acoplar las entradas y salidas desde y hacia la
tarjeta.
• El mismo programa puede utilizarse para controlar otros motores o aplicarse en
procesos que requieran un control similar al del presente proyecto.
• El control y monitoreo del instrumento virtual se puede llevar a cabo a distancia
desde un explorador de internet, lo cual hace que el sistema de control sea más
seguro y eficiente. Solo un usuario puede controlar el instrumento virtual a la vez,
sin embargo si puede ser monitoreado por varios usuarios simultáneamente,
pudiendo observar en tiempo real las actualizaciones del panel frontal.
Como puede observarse, se presentan grandes ventajas para este tipo de sistema, pudiendo
ser fácilmente aplicables en la industria para hacer más eficientes los procesos.
4.2 TRABAJO A FUTURO
Como propuesta para dar continuidad al trabajo realizado en este proyecto, se sugiere
utilizar sensores para el control y monitoreo de diferentes variables, tales como la
temperatura del motor, la velocidad, la corriente o el voltaje de manera que se pudieran
mostrar gráficamente las variaciones reales de cada variable a medir e, inclusive,
determinar a partir de las señales adquiridas por los sensores, datos importantes tales como
la potencia real, potencia aparente, velocidad, par, factor de potencia, entre otras.
Otra área potencial para la continuación de este trabajo es en lo referente al circuito
de alimentación de energía. Puesto que en este caso se utilizó un pequeño circuito de

62

potencia alimentado con una batería de 9 V, dicho circuito se podría alimentar con un
regulador de voltaje o un pequeño transformador con la finalidad de no estar reemplazando
las baterías, las cuales no tienen una duración tan prolongada.
El sistema se puede adaptar también para controlar un motor y al mismo tiempo
conectarse con un PLC, no solo para monitorear datos, sino también para ir registrándolos
en archivos de bases de datos, elaborar reportes y, en general, hacer uso de las nuevas
herramientas que el software va desarrollando con la finalidad de hacer el mismo
instrumento virtual aquí presentado, o bien más fácil de programar o con más opciones que
permitan hacer el sistema cada vez más eficiente.
En general, los objetivos planteados en este proyecto han sido alcanzados
satisfactoriamente, el control del arranque a tensión reducida del motor de corriente alterna
se llevó a cabo de manera automática, eficiente y de fácil manejo.
El presente trabajo muestra tan solo una de las muchas y variadas aplicaciones que
puede tener la instrumentación virtual la cual, sin duda alguna, irá aumentando cada vez
más su funcionalidad y flexibilidad para irse adaptando a medida que van cambiando las
necesidades humanas.

63

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Enríquez Harper Gilberto. El abc de las máquinas eléctricas III. Editorial Limusa,
2006.
2. Artículo disponible en:
http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/Arranque_de_motores.htm, el 27 de febrero
de 2008.
3. Documento disponible en:
http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml, el 4 de enero de
2008.
http://www.lermaelectrical.com/download/Arranque%20a%20tension%20plena%20
asincronos%20trifasicos.pdf, el 10 de octubre de 2002.
http://www.cepis.ops-oms.org/bvsacd/scan/017069/017069-07.pdf, el 29 de mayo
de 2006.
6. National Instruments. LabVIEW National tutorial, Edición enero 1996.
7. National Instruments. Function and VI Reference Manual, Edición mayo 1997.
8. Tutorial disponible en:
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4867, el 6 de septiembre de 2006.

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