arranque de compresores con motor monofasico de fase partida

7/23/2019 Arranque de Compresores Con Motor Monofasico de Fase Partida

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ARRANQUE DE COMPRESORES CON MOTOR MONOFASICO DEFASE PARTIDA

CMO ARRANCA UN MOTOR TRIFSICO?

Las partes fundamentales de un motor de corriente alterna son el ESTATOR (parte quecontiene los bobinados por los que se alimenta al motor) y el ROTOR (parte mvilgiratoria, que consiste bsicamente en un ncleo de hierro sujeto a un eje que gira).La diferencia fundamental entre un motor trifsico y otro monofsico es que el primerotiene en el estator 3 bobinados (uno por cada fase), mientras que el monofsico(inicialmente), podemos decir que slo tiene un bobinado.Sabiendo esto, vamos a averiguar cmo es posible que un motor trifsico arranque por ssolo, mientras que uno monofsico necesita de ayuda externa. Y para ello, vamos a ver

qu ocurre en los bobinados de un motor trifsico.

Haciendo un repaso de C.A. trifsica, recordaremos que en un sistema de cargas trifsicasequilibradas tenemos tres intensidades (una por cada carga) que tienen la mismamagnitud, pero que estn desfasadas 120 entre s. Bueno, pues esto es lo que ocurre enel motor trifsico: tres cargas iguales (las tres bobinas iguales del estator que forman elsistema trifsico equilibrado) por las que pasan tres intensidades iguales y desfasadas120, y puesto que son bobinas, en cada una de ellas se genera un CAMPO MAGNTICO alpasar la intensidad de corriente citada a travs de ellas.Bueno, ya hemos llegado al punto que nos interesa: UN CAMPO MAGNTICO GENERADOEN CADA BOBINA POR EL PASO DE UNA INTENSIDAD DE CORRIENTE A SU TRAVS. Peroclaro, al ser una intensidad de corriente alterna la que genera el campo magntico, se

generar un campo magntico ALTERNO por cada bobina, y adems desfasados 120entre s (puesto que es el desfase que tienen entre s las intensidades que lo inducen).Estos tres campos magnticos inducen en el rotor tres intensidades desfasadas 120 (yaque ste es conductor y est sometido a la accin de tres campos magnticos alternos), ya su vez, estas tres intensidades inducen cada una un campo magntico alterno,desfasados uno del otro 120 tambin. RESUMIENDO: las intensidades del estator inducencampos magnticos, que a su vez inducen intensidades en el rotor, y stas a su vezinducen campos magnticos en el rotor.Qu ocurre ahora?, pues simplemente que tenemos dos campos magnticos TRIFSICOSinteractuando entre s, uno en el ROTOR y el otro en el ESTATOR.Cada uno de ellos es como se muestra en el siguiente grfico:


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En el siguiente grfico podemos observar los dos campos magnticos juntos:

Si nos fijamos, el campo magntico inducido en el rotor est ligeramente desfasadorespecto del inducido en el estator (fjate cmo 1 comienza en 0 en el estator, mientrasque en el rotor en el mismo punto tiene un valor negativo). Adems sabemos que elcampo magntico inducido por un sistema de intensidades trifsico equilibrado es

GIRATORIO (as como suena, gira como una rueda). Tambin sabemos que polos igualesde un imn (o campo magntico) se repelen, y esto es bsicamente lo que sucede con lostres campos magnticos: si superponemos, por ejemplo, el campo magntico 1 del rotorcon el del estator veremos que coincide la parte positiva (polo N) tanto del campomagntico del estator como del rotor (luego se repelern), y lo mismo ocurre con laspartes negativas de los campos (polo S).


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Bueno, pues puesto que el campo magntico trifsico del rotor va montado sobre unaparte del motor que se puede mover girando, y el campo magntico del estator estgirando (por ser trifsico) y va empujando al campo magntico del rotor, podemos llegara la conclusin de que el MOTOR TRIFSICO ARRANCA POR S SOLO sin necesidad deelementos auxiliares, y adems no se para mientras tenga alimentacin.

RESUMIENDO: UN MOTOR TRIFSICO ARRANCA POR S SOLO PORQUE EL CAMPOMAGNTICO INDUCIDO POR UN SISTEMA DE INTENSIDADES TRIFSICAS ES GIRATORIO (ysta es la clave del arranque).Y qu pasa con el motor monofsico? Pues pasa que como slo dispone de una bobina,se inducir un nico campo magntico, y que adems, por ser monofsico NO ESGIRATORIO, y por tanto EL MOTOR MONOFSICO NO PUEDE ARRANCAR POR S SOLO.Sera necesario poder crear de alguna forma el CAMPO MAGNTICO GIRATORIO QUENECESITAMOS.Si repasamos todo lo expuesto con referencia al motor trifsico, nos daremos cuenta queel campo magntico giratorio se obtiene porque tenemos tres intensidades desfasadas120 una de la otra, cada una de las cuales generaba un campo magntico, y los tres enconjunto, formaban el giratorio que se necesita. El problema radica en que en un motormonofsico slo tenemos una intensidad (la que recorre su bobinado) yconsecuentemente un solo campo magntico inducido por aquella. Pero, y si por algnmedio puedo obtener otra intensidad desfasada respecto de la que circula por elbobinado del motor? sta sera la solucin al problema planteado, puesto que tendramosDOS intensidades desfasadas que inducira cada una un campo magntico, y entre elloshabra un desfase igual al que tuvieran las intensidades, y por tanto, se formara unCAMPO MAGNTICO GIRATORIO, que es justo lo que necesitamos.Antes de pasar a estudiar los mtodos que hay para obtener esa segunda intensidaddesfasada, vamos a ver un poco cmo es realmente el motor monofsico de corriente

alterna.


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BREVE DESCRIPCIN DEL MOTOR MONOFSICO DE FASE PARTIDA

Este motor (tambin llamado MOTOR MONOFSICO DE FASE PARTIDA) consta realmentede dos bobinados puestos en serie, uno AUXILIAR o tambin llamado de ARRANQUE, y elotro PRINCIPAL o de MARCHA.

El bobinado AUXILIAR tiene unas caractersticas diferentes a las del PRINCIPAL, siendostas las siguientes:

Nmero de espiras aproximadamente la mitad que el bobinado PRINCIPAL. La seccin del conductor empleado en el bobinado es entre un 20% y un 50%

menor que la seccin correspondiente al empleado en el PRINCIPAL.Estas dos caractersticas hacen que el bobinado AUXILIAR tenga mayor resistencia ymenor efecto inductivo (bobina) que el PRINCIPAL, es decir, disipar ms calor, aunqueesto no tiene importancia, puesto que hay que tener en cuenta que generalmente, elbobinado AUXILIAR se va a conectar durante unos pocos segundos tan slo en elmomento del arranque.

Los bornes de conexin y la disposicin de los bobinados son como se muestra acontinuacin en el siguiente grfico:

La alimentacin del motor se realiza por los bornes C (comn) y R (marcha o RUN).Y entonces?, el borne S y el bobinado auxiliar para qu se utilizan? Bueno, la respuesta aesto viene en lo que vamos a ver a continuacin:

MTODOS PARA ARRANCAR UN MOTOR MONOFSICO

Mediante BOBINA

Poniendo una bobina en paralelo con el bobinado principal o de marcha, conseguimos dosintensidades desfasadas: una que pasa por el bobinado principal (I1), y otra que pasar porla bobina auxiliar (I2).


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dos intensidades desfasadas: una que pasa por el bobinado de marcha (I 1), y otra quepasar por la resistencia y el bobinado auxiliar (I2).

Suponiendo la tensin de alimentacin en el origen de fases, vamos a estudiar losdesfases mximos que se pueden obtener:

I1 tendr un desfase de aproximadamente 90 en retraso (no llega) respecto de latensin, puesto que el bobinado de marcha es muy inductivo, pero tiene unapequea componente resistiva debido a la resistencia propia del conductor decobre.

I2 tendr un desfase bastante menor (ms prximo a 0, tambin en retraso). Estoes debido a que el bobinado auxiliar tiene menos espiras (efecto inductivopequeo) y por lo tanto, el conjunto bobinado-resistencia forma una impedanciacon poca reactancia y mucha resistencia.

El desfase que tendrn I1 e I2 se puede aproximar ms a 90 que en caso de emplear unabobina, pero nunca podr llegar a ese desfase.

Realmente, no es que se ponga una resistencia en serie con el bobinado auxiliar, lo queocurre es que dicho bobinado se dimensiona de manera que tenga ponga componenteinductiva y mucha resistiva, es decir, se calcula para que se comporte prcticamente comouna resistencia (espiras de seccin pequea resistencia elevada).


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Mediante CONDENSADOR

Conectando un condensador en serie con el bobinado auxiliar o de arranque y poniendo elconjunto bobina auxiliar condensador en paralelo con el bobinado principal o demarcha, conseguimos dos intensidades: una que pasa por el bobinado principal (I1), y otra

que pasar por el condensador y el bobinado auxiliar (I2).

Suponiendo la tensin de alimentacin en el origen de fases, vamos a estudiar losdesfases mximos que se pueden obtener:

I1 tendr un desfase de aproximadamente 90 en retraso (no llega) respecto de latensin, puesto que el bobinado de marcha es muy inductivo, pero tiene unapequea componente resistiva debido a la resistencia propia del conductor decobre.

I2 en esta ocasin podr tener los siguientes desfases:

En retraso: la reactancia inductiva es superior a la capacitiva XT = XL XCseguir siendo positiva y por tanto inductiva. En fase con la tensin (desfase = 0): si se da el caso de que XL del bobinado

auxiliar = XC XT = 0, y queda la componente resistiva inherente alconductor que constituye el bobinado auxiliar.

En adelanto: la reactancia inductiva es inferior a la capacitiva XT = XL XCes menor que 0, y por tanto el conjunto se comporta de forma capacitiva.

Ahora, los posibles desfases entre I1 e I2 son menores, igual o mayores que 90.


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Una vez conocidos los posibles mtodos para arrancar el motor monofsico, debemosdecidir cul nos conviene ms, y esta decisin estar basada en la carga que tenga elmotor, es decir, si el motor tiene una carga pequea necesitar menor fuerza al arrancar(PAR DE ARRANQUE PEQUEO), y si la carga es pesada tendr que arrancar con mayorfuerza (PAR DE ARRANQUE GRANDE).

Lo que va a determinar el que el par de arranque sea mayor o menor es el desfase quetengan I1 e I2, siendo mximo cuando dicho desfase sea de 90. Dicho esto, podemosdeducir que para pares de arranque grandes, necesitaremos poner el condensador(puesto que con l es con el nico que vamos a poder obtener un desfase de 90 en lasintensidades), y para pares de arranque pequeos o intermedios, recurriremos a la bobinao a la resistencia, respectivamente.

ELEMENTOS EMPLEADOS EN EL ARRANQUE DE UN COMPRESOR CONMOTOR MONOFSICO DE FASE PARTIDA

Elementos destinados a la proteccin elctrica del compresor

EL KLIXON

Est compuesto por un contacto bimetlico que se abre cuando la temperatura aumentaen el mismo. El funcionamiento es el mismo que se vio al explicar los contactosbimetlicos del rel trmico. El aumento de temperatura que pueda sufrir dicho bimetalpuede venir originada de dos maneras:

Ante un paso excesivo de intensidad de corriente hacia el compresor, el bimetal secalienta produciendo la apertura del contacto y en consecuencia, la parada delmotor. Cuando cesa el paso de corriente, el bimetal se enfra y queda rearmadoautomticamente permitiendo que el motor del compresor pueda arrancar denuevo (cuando se le d la orden de marcha).

Cuando el cuerpo del compresor se calienta de manera excesiva (debido a trabajoen vaco por falta de refrigerante, obstruccin en la parte de alta, etc.), el bimetalse calienta por proximidad y se abre. Para que el klixon pueda detectar la

temperatura que alcanza el cuerpo del compresor hay que colocarlo de maneraque la parte superior (la base opuesta a la que tiene los bornes de conexinelctrica) est pegado a la pared del cuerpo del compresor, como se indica en lailustracin siguiente:


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El KLIXON se conecta al borne C del compresor, como se muestra en la siguiente figura:

En las siguientes ilustraciones se puede ver cmo es un KLIXON:


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Elementos destinados al arranque del compresor

Estos elementos tienen la finalidad de conseguir de alguna manera que el bobinado deauxiliar quede conectado en el momento del arranque, para quedar desconectado pocossegundos despus (cuando el compresor ha terminado de arrancar), ya que de lo

contrario, si lo dejsemos permanentemente conectado se quemara, dejando inutilizadoal compresor.

1. REL DE CORRIENTE

Est formado por una bobina de hilo de cobre de pocas espiras y seccin grande, unncleo de hierro al que est sujeto un contacto mvil. La bobina se conecta en serie con elbobinado de marcha.

En las siguientes figuras se ven esquemticamente los elementos que lo componen susdos estados: con la bobina desexcitada y el contacto abierto, y con la bobina excitada y elcontacto cerrado.


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El funcionamiento es el siguiente: al ponerse en marcha el motor la corriente en elarranque es elevada (de 3 a 6 veces la intensidad nominal). Esta intensidad elevadaproduce la excitacin de la bobina haciendo que el ncleo de hierro sea atrado hacia suinterior de manera que empuja al contacto mvil produciendo su cierre. Cuando el motoralcanza la velocidad nominal de funcionamiento, la intensidad que consume baja tambin

hasta su valor nominal, siendo sta insuficiente para que el campo magntico inducido enla bobina del rel pueda atraer el peso del conjunto ncleo de hierro contacto, lo queocasiona que ste caiga por su propio peso, abriendo el circuito por gravedad.Estos rels no tienen resorte que empujen el contacto para que se abra en su posicin dereposo, puesto que el contacto se abre por gravedad (como se ha explicado en el prrafoanterior). Deben ponerse en posicin vertical con la bobina hacia abajo para quefuncionen correctamente (en la primera ilustracin de este apartado puede observarse suposicin de colocacin), ya que si se dispusieran con la bobina hacia arriba (cosaimposible, dada la disposicin de las bornas del compresor), el contacto permaneceracerrado, lo que imposibilitara la apertura del mismo y por tanto no desconectara elbobinado de arranque, producindose su destruccin en poco tiempo.En las siguientes ilustraciones se puede ver cmo es un rel de corriente y su conexionadointerno:


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En las ilustraciones de arriba se pueden observar unos conectores faston macho marcadoscomo F1 (o F1A y F1B) y F2, empleados para el conexionado elctrico. Ms adelanteveremos cmo se realiza este conexionado en el apartado en el que estudiaremos losdiferentes arranques de compresor con motor monofsico de fase partida.

2. REL DE POTENCIA

Tiene el mismo principio de funcionamiento que el rel de corriente. La nica diferencia es

que el rel de tensin no se excita por el aumento de intensidad que se produce en elarranque del compresor, sino en el aumento de tensin del bobinado de arranque amedida que el compresor est arrancando, siendo mxima cuando ste ha terminado dearrancar. De esta ltima afirmacin se deduce que la bobina del rel se conecta enparalelo con el bobinado auxiliar, de manera que el funcionamiento es el siguiente:cuando el compresor arranca el contacto del rel permanece cerrado. A medida que vacogiendo velocidad va aumentando la tensin en el bobinado de arranque, y cuando se haalcanzado el 80% o 90% de su velocidad de rgimen, la tensin del bobinado de arranquedebe ser lo suficientemente alta como para ocasionar la excitacin de la bobina del rel,produciendo acto seguido la apertura de su contacto.En cuanto a las caractersticas constructivas, la diferencia que existe entre el rel decorriente y el de potencia es que en el primero, su bobina tiene pocas espiras pero deseccin grande, mientras que en el de potencia, la bobina tiene muchas espiras pero deuna seccin mucho ms pequea.En las siguientes ilustraciones se puede ver el aspecto externo de un rel de potencia, ascomo su circuito interno:


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3. REL DE ESTADO SLIDO (PTC)

El rel de estado slido no es un rel con bobina y contacto como los dos anteriores. Suconstitucin est basada en una resistencia (formada mediante un materialsemiconductor) que vara su valor hmico en funcin de la temperatura, y que se conecta

en serie con el bobinado de arranque del motor. De manera introductoria, podemos decirque este tipo de elementos se clasifican en funcin de la variacin resistiva respecto a latemperatura en:

PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): a medida que aumenta la temperatura,aumenta el valor hmico.

NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo: a medida que aumenta la temperaturadisminuye el valor hmico.

En el caso que nos ocupa, el rel de estado slido es una PTC, es decir, pasa de tener unaresistencia de pocos ohmios a temperatura ambiente, a tener una resistencia de variosmillones de ohmios (prcticamente circuito abierto) cuando se calienta.El proceso de arranque es el siguiente: estando conectada la PTC en serie con el bobinadode arranque del motor, lo ponemos en marcha, siendo su corriente de arranque alta (conrespecto a la nominal). Este hecho provoca que en la PTC se est disipando calor. Si elcalor generado en la PTC por el paso de corriente es mayor que el que puede disipar,aumenta la temperatura, lo que ocasiona un aumento del valor resistivo, aumentando denuevo el calor disipado (recuerda que la potencia que consume la resistencia es R x I2, ysta se transforma en calor), y por tanto, sigue aumentando el valor hmico hasta quellega un punto en que ste valor ha alcanzado varios millones de ohmios, momento en elque la intensidad que pasa por el bobinado auxiliar es tan pequea que quedaprcticamente desconectado.A continuacin se muestran unas ilustraciones del rel de estado slido y de su esquemainterno:


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Qu ventajas o inconvenientes ofrecen el rel de corriente, el de potencia o el deestado slido?

El contacto del rel de potencia es NC (normalmente cerrado). Esto ofrece una ventajafrente al de corriente (que es abierto), y es la siguiente: al arrancar el motor el contactoest ya cerrado, y esto evita los chisporroteos que se ocasionaran en la conexin,haciendo que la vida del mismo sea ms larga.Los de estado slido tienen la misma ventaja que los de potencia. Al no ser un contactoque se abre o cierra, no se producen nunca los chisporroteos tpicos de la conexin ydesconexin, y adems no les afecta las variaciones en la tensin de alimentacin. Perotienen un inconveniente: una vez que ha arrancado el motor, si se para y se vuelve aarrancar al momento (imagina un apagn que dura 1 segundo), ste no vuelve arrancar,

puesto que la PTC est caliente y su resistencia es muy alta. Habra que esperar a que seenfriara para poder arrancar el motor de nuevo.


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En las siguientes imgenes se puede comprobar cmo es fsicamente un condensador demarcha:


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En la carcasa vienen indicados los valores de: Capacidad (25uF en el de la izquierda, e ilegible en el de la derecha). Tolerancia que admite el condensador (+-5% en ambos). Hay que aclarar

que la tolerancia corresponde al porcentaje de variacin admisible en elvalor de la capacidad, es decir, el condensador de la izquierda tiene unacapacidad de 25uF, pero sta puede variar entre 25uF menos el 5% y 25uF

ms el 5%, considerndose vlidos todas las capacidades comprendidasentre estos dos valores de capacidad. Dichas variaciones pueden serdebidas a muchos factores (temperatura, condiciones de trabajo, etc).

Frecuencia de trabajo (50 y 60Hz en ambos). Tensin de trabajo mxima aplicable (370V en el de la derecha y 400 el de

la izquierda).Dichos valores los necesitaremos para poder elegir el condensador adecuado a nuestrasnecesidades. En el punto 4, en el que hablbamos de los condensadores de arranque noaparece esta ilustracin. Puede tomarse, sin embargo, sta como ejemplo para dichoapartado, ya que la serigrafa que aparece en la carcasa es COMN a cualquier tipo de

condensador.

Consideraciones sobre el conexionado de los condensadores de marcha:

Si nos fijamos en la primera figura de este apartado (en la que aparece dibujada la seccinde un condensador con su composicin interna), podremos observar que la cinta msexterna (la cinta metlica marcada como A) tiene una disposicin muy cercana a la vaina, yen algunas ocasiones, dicha cinta se puede soltar y estar en contacto con ella.


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Bien, pues si esto ocurre y la carcasa del condensador es metlica, al estar sta conectadaa tierra, tendramos el siguiente circuito:

Si nos fijamos detenidamente, estara conectada la borna C del motor a Fase y la borna S aTierra, es decir, elctricamente hablando es casi como conectar al bobinado auxiliar entreFase y Neutro DE MANERA PERMANENTE, y por lo que sabemos hasta ahora, esto llevaraa la destruccin de dicho bobinado y por lo tanto, a la del motor. Por este motivo, loscondensadores con carcasa metlica traen marcada con un punto rojo la borna conectadaa la cinta metlica ms externa, de manera que dicha borna habr que conectarla a laborna R del motor y no a la S. En este caso, si ocurriera que la cinta metlica ms externaentrara en contacto con la carcasa, como mucho, saltara alguna proteccin (tal como un

fusible) dejando protegido al motor.Hay que aclarar que debido a este problema los condensadores de marcha se estnhaciendo cada vez ms con la carcasa de plstico, evitando de esta manera, que por unerror en la conexin del condensador se pueda producir accidentalmente la ruptura delmotor.

TIPOS DE ARRANQUE EN LOS COMPRESORES CON MOTOR MONOFSICODE FASE PARTIDA

Una vez que hemos visto cmo se produce el arranque en un motor monofsico de fasepartida, los diferentes mtodos y elementos empleados, vamos a estudiar en esta seccinlos diferentes mtodos existentes para arrancar un compresor monofsico de fasepartida.CONSIDERACIONES A LA INTERPRETACIN DE LOS ESQUEMAS: En los esquemas que semostrarn a continuacin, aparecern unas lneas de conexin DISCONTNUAS. Estorepresenta la parte de circuito que estar conectado NICAMENTE DURANTE EL


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ARRANQUE del compresor, y est expresado de esta manera para facilitar elentendimiento del arranque.

1) RSIR (Arranque Resistivo y Marcha Inductiva)

El par de arranque obtenido es muy bajo y se emplea para arrancar compresores que seutilicen en los sistemas de tubo capilar con refrigerante R12. El arrollamiento auxiliarposee una resistencia elevada y se conecta temporalmente en paralelo con el de marcha.La forma de conectarlo y desconectarlo se puede hacer de tres maneras, como se muestraen los circuitos siguientes:

A) CON REL DE CORRIENTE

ESQUEMA ELCTRICO:

CONEXIONADO FSICO CON LOS DOS TIPOS DE REL DE CORRIENTE VISTOS:


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B) CON REL DE POTENCIA

ESQUEMA ELCTRICO:

C) CON REL DE ESTADO SLIDO (PTC)

ESQUEMA ELCTRICO:


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CONEXIONADO FSICO:

2) CSIR (Arranque Capacitivo y Marcha Inductiva)

El par de arranque obtenido es muy alto, y se emplea para arrancar compresoreshermticos en sistemas con vlvula de expansin. Se conecta un condensador de arranqueen serie con el arrollamiento auxiliar. Dicho condensador debe ser desconectado 2 o 3segundos despus de iniciado el arranque, ya que, debido a su funcionamiento encorriente alterna, dicho condensador quedara daado si no se desconectara. Acontinuacin se muestran los dos esquemas posibles:


ESQUEMA ELCTRICO:


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3) PSC (Condensador Permanentemente Conectado)

Estos condensadores (de marcha) son de un valor inferior a los utilizados en los arranquesCSIR (condensadores de arranque). Los compresores arrancados de esta forma poseen unpar de arranque bajo, por lo que se emplean en sistemas con tubo capilar. Elarrollamiento de arranque queda conectado permanentemente en serie, an despus deque el motor alcance su velocidad normal de funcionamiento o velocidad nominal. Elesquema elctrico se muestra a continuacin:

ESQUEMA ELCTRICO:


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4) CSR (Arranque y Marcha Capacitivos)

Se obtiene a partir del arranque PSC, conectando en paralelo con el condensador demarcha otro condensador. El par de arranque de los motores que adoptan este sistema es

bastante ms grande que los que arrancan mediante el PSC, y se comportan mucho mejoren caso de disminucin de tensin en la red. Se emplea este arranque con compresoreshermticos en los sistemas con vlvula de expansin. Los dos posibles esquemas semuestran a continuacin:



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arranque de compresores con motor monofasico de fase partida

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