arranque de motores monofÁsicos de 3hp

INTRODUCCIÓN

El tema que a continuación presentamos es sobre los motores monofásicos, en particular su sistema de arranque. Debemos de entender que los motores monofásicos tienen una sola fase de alimentación, no poseen un campo giratorio sino que tienen un campo magnético pulsante, la cual se hace difícil de que exista un torque en el arranque, por lo que necesita de otros dispositivos extras para iniciar el movimiento de la máquina.

Para el arranque se utilizará un bobinado auxiliar en conjunto con otros dispositivos, estos bien posicionados y colocados adecuadamente de tal forma que se creará una fase ficticia y de esta manera hará posible que se cree un campo giratorio para dar par y así pueda dar movimiento.

Los motores eléctricos monofásicos son una alternativa para el uso doméstico, pues su aplicación se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los electrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora, etc.

Existen una variedad de tipos de motores, conocemos los tipos de motores con jaula de ardilla y estos son ventajosos por su fabricación, robustez, y sobre todo la duración. También se puede comentar sobre la variedad en cuanto a la utilización de estos motores, es decir que existen para diferentes usos, a veces es necesario que dichos motores funciones de manera inversa, dicho de otra manera que el giro sea contrario y que funciones a diferentes tensiones.

Antes de empezar a con el tema en sí que es del arranque de motores monofásicos, daremos una explicación general sobre los motores monofásicos, características, tipos de arranques y aplicaciones.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS II

INDICE

ARRANQUE DE MOTORES MONOFÁSICOS DE 3HP

1. Resumen 32. Concepto de motor monofásico

43. Características:

Partes que están compuestos

4. Tipos de arranque con condensador:5

a) Motor con condensador de arranqueb) Motor con condensador permanentec) Motor con doble condensador

5. Dispositivos auxiliares para el arranque:7

a) Llave centrífugab) Condensador con impregnación de aceitec) Condensador electrolítico

6. Arranque de motores monofásicos de 3HP9

(Motor con doble condensador)

a) Construcciónb) ¿Cómo arranca el motor?c) Interpretación de curvas

7. Aplicaciones de los motores de 3HP15

8. Instalación de un motor monofásico17

9. Conclusiones18


10. Recomendaciones19

11. Bibliografía19

12. Apéndices y anexos20

RESUMEN

Para el arranque de un motor es indispensable contar con los dispositivos idóneos para generar el torque necesario, en nuestro caso trata de los arranques de los motores monofásicos de 3HP, en particular estos tipos de motores utilizan el tipo de arranque con un condensador o con doble condensador, es decir que estos se conectan en paralelo entre sí y en serie con la bobina de arranque. En compañía de un interruptor centrífugo que irá en serie con el capacitor de arranque.

Básicamente se debe de entender que durante la fase de arranque que ambos condensadores, unidos en paralelo entre sí. Al aplicar la tensión monofásica el motor alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad régimen, el interruptor centrífugo desconecta el condensador de arranque (condensador centrífugo), dejando únicamente en servicio el condensador permanente (condensador de papel impregnado).

Este tipo de motor combina el funcionamiento silencioso y el posible amplio control de velocidad del motor con el elevado torque de arranque del motor con capacitor de arranque. Se usan dos capacitores, uno de éstos es electrolítico, de elevada capacitancia 10 a 15 µF y de operación intermitente, es decir, únicamente durante el proceso de arranque del motor. Pues existe un interruptor centrífugo que se encarga de desconectarlo cuando el s = 0.25, el otro capacitor es generalmente de aceite y trabaja en forma continua.

Al usar doble capacitor se eleva el rendimiento, el factor de potencia y el par máximo o par de desenganche. Al igual que para el caso anterior, este motor funciona como un motor bifásico desequilibrado y por ende, desarrolla un par más uniforme, siendo mucho más silencioso y más eficiente que aquellos que funcionan como monofásicos puros (en operación usan un sólo devanado).


Se les presenta a continuación a detalle la explicación de los arranques de motores, para el caso de 3HP.

ARRANQUE DE MOTORES MONOFÁSICOS DE 3HP

1. CONCEPTO DE MOTOR MONOFÁSICO:

Los motores monofásicos, como su propio nombre indica son motores con un solo devanado en el estator, que es el devanado inductor. Prácticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW.

Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifásicos de gran potencia, debido a su pequeña potencia, por tanto todos ellos utilizan el arranque directo.

2. CARACTERÍSTICAS:

Se caracterizan por sufrir vibraciones debido a que la potencia instantánea absorbida por cargas monofásicas es pulsante de frecuencia doble que la de la red de alimentación.

Tienen un campo magnético pulsante y carece de campo magnético giratorio.

"No arrancan solos", debido a que el par de arranque es cero. Para explicar esta última afirmación recordemos la expresión general del campo magnético en el entrehierro generado por una corriente monofásica.

El rotor y estator están en fase.

PARTES DE QUE ESTA COMPUESTO:


Fig. Nº 1 Partes principales de un motor monofásico

3. TIPOS DE ARRANQUE CON CONDENSADOR:

Los motores con condensador trabajan con corriente alterna monofásica. El motor con condensador como su nombre lo dice, contiene un elemento adicional que diferencia a los demás, es decir que cuenta con un condensador que está conectado en serie con el arrollamiento auxiliar o de arranque. El condensador suele ir montado encima del motor, pero puede estar también situado en otros puntos exteriores del motor e incluso dentro de la carcasa del mismo.

a) MOTOR CON CONDENSADOR DE ARRANQUE: Es un motor en el cual el condensador y el arrollamiento donde está conectado sólo actúan durante el periodo de arranque. La imagen análoga se muestra en la Fig. Nº 2, Y en la Fig. 3 vemos el diagrama fasorial para el arranque.

Fig. Nº 2 Fig. Nº 3


Tipos de motores con condensador de arranque:

Una sola tensión de servicio, con sentido de giro reversible exteriormente.

Una sola tensión de servicio, con sentido de giro reversible exteriormente y con protección térmica contra sobrecargas.

Una sola tensión de servicio, sentido de giro irreversible y caja de bornes con condensador incluido.

Una sola tensión de servicio, con sentido de giro irreversible y relé.

Dos tensiones de servicio, con sentido de giro reversible. Dos tensiones de servicio, con sentido de giro reversible

exteriormente. Dos tensiones de servicio, con protección térmica contra

sobrecargas. Dos velocidades de régimen, con uno o doble arrollamiento y

condensador de arranque.

b) MOTOR CON CONDENSADOR PERMANENTE: Es un motor en el cual el condensador está conectado permanentemente en el circuito, es decir, tanto durante el periodo de arranque como durante el de servicio. La imagen análoga se muestra en la Fig. Nº 4.

Fig. Nº 4.

Tipos de motores con condensador permanente:

Una sola tensión de servicio, con dos terminales al exterior. Dos tensiones de servicio. Una sola tensión de servicio, con tres terminales al exterior para

la inversión del sentido de giro.


Una sola tensión de servicio y dos velocidades de régimen. Una sola tensión de servicio y tres velocidades.

c) MOTOR CON DOBLE CONDENSADOR: Es un motor como el precedente, pero con la particularidad de que la capacidad inserta en el circuito durante los periodos de arranque y de servicio, respectivamente, no tiene el mismo valor. La imagen análoga se muestra en la Fig. Nº 5.

Fig. Nº 5

Tipos de motores con doble condensador:

Una sola tensión de servicio, con sentido de giro irreversible exteriormente.

Una sola tensión de servicio, con sentido de giro reversible exteriormente.

Dos tensiones de servicio, con sentido de giro irreversible exteriormente.

Dos tensiones de servicio, con sentido de giro reversible exteriormente.

Dos tensiones de servicio, con protección térmica contra sobrecargas.

OBSERVACIÓN: El tema es arranque de motores monofásicos de 3 HP, estos pueden arrancar tanto con condensador permanente como con doble condensador, el principio es casi el mismo, pero ahora nos centraremos en el arranque con doble condensador ya que proporciona un poco más de análisis.

4. DISPOSITIVOS AUXILIARES PARA EL ARRANQUE:


a) INTERRUPTOR CENTRÍFUGO: Un interruptor centrífugo es un interruptor eléctrico que funciona con la fuerza centrífuga creada desde un eje de rotación, como se muestra en la Fig. Nº6. El interruptor se diseña para activar o para desactivar en función de la velocidad rotatoria del eje. el interruptor se utiliza para desconectar la bobina de arranque una vez que el motor se aproxime a su velocidad de funcionamiento normal.

Fig. Nº6 Interruptor centrífugo

b) CONDENSADOR CON IMPREGNACIÓN DE ACEITE: Se utiliza como capacitores de arranque en motores monofásicos. Este dieléctrico está constituido por varias hojas de papel impregnadas de aceite. A igual de capacidad, ocupan un volumen sensiblemente mayor que los de tipo electrolítico. Los diversos fabricantes utilizan distintas clases de aceite o de líquidos sintéticos como substancia de impregnación. Se construyen con capacidades comprendidas entre 2 y 50 microfaradios. Fig. Nº 7.

Fig. Nº 7 Condensador con impregnación de aceite


Los capacitores de arranque son usados para proveer el torque de arranque necesario, para arrancar motores monofásicos de AC.

c) CONDENSADOR ELECTROLÍTICO: Se utiliza como capacitores permanentes en de motores monofásicos. Son diseñados para prestar únicamente un servicio intermitente de breve duración (unos cuantos segundos). Consisten en dos folios de aluminio, obtenida previamente por vía electrolítica, como se muestra en la Fig. Nº 8 que constituye el medio aislante o dieléctrico del condensador. Estos folios se arrollan también sobre sí mismo y se introducen en una envoltura de aluminio o de plástico, de la cual sobresalen los bornes para la conexión al circuito exterior.

Fig. Nº 8 Condensador Electrolítico

Es usado en los motores para mejorar su eficiencia, disminuir la corriente de operación, disminuir el ruido y mejorar el factor de potencia.

OBSERVACIÓN: Generalmente estos condensadores van instalados fuera del motor, es decir que van montados. En algunas oportunidades son utilizados sólo para el arranque y luego deja de funcionar. También se incluyen dentro de la bornera de conexión. Cada una de estos funciona dependiendo del tipo de arranque se establezca.

5. ARRANQUE DE MOTORES MONOFÁSICOS DE 3HP (Motor con doble condensador)

El tema corresponde al arranque de motores de 3HP, por lo que pasaremos al detalle en lo que respecta. Nombramos que existen


muchos tipos de arranques, pero el arranque específico para este tipo de motor de 3HP es el arranque por doble condensador.

Este es el circuito análogo para este tipo de motor como se muestra en la Fig. Nº 9.

Fig. Nº 9 – Circuito análogo del motor de 3HP

a) CONSTRUCCIÓN:

Internamente, está compuesta como en los demás casos por dos bobinas, una de trabajo y otra de arranque. La diferencia está en que presenta dos condensadores, se tiene un capacitor permanente y otro capacitor de arranque, el capacitor de arranque se encuentra en serie con la llave centrífuga. Estas a su vez están en paralelo y en serie con la bobina de arranque. Al aplicar la tensión actúan de tal manera de que se consigue un torque más elevado en el arranque a comparación de los demás.

b) ¿CÓMO ARRANCA EL MOTOR?

Estos motores arrancan siempre con una elevada capacidad en serie con el arrollamiento de arranque, lo cual se traduce en un par inicial muy grande, indispensable en determinadas aplicaciones. Una vez alcanzada cierta velocidad, el interruptor centrífugo sustituye esta elevada capacidad por otra capacidad menor. Tanto el arrollamiento de trabajo (a base de conductor de cobre grueso aislado y de pocas vueltas) como el de arranque (a base de conductor de cobre fino aislado y de muchas vueltas) están conectados permanentemente en el circuito.


Estos dos valores diferentes de capacidad se consiguen normalmente mediante dos condensadores distintos, de los cuales uno queda unido en paralelo con el otro durante la fase de arranque, pero es unido en paralelo con el otro durante la fase de arranque, pero es desconectado tan pronto el motor alcanza una velocidad próxima a la del régimen.

Estos dos arrollamientos (trabajo y arranque) están dispuestos a 90º eléctricos uno del otro. Ambos condensadores van montados sobre el motor; uno de ellos de elevada capacidad, es del tipo electrolítico; el otro, de pequeña capacidad, es del tipo de papel impregnado. Cuando alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, el interruptor centrífugo desconecta el condensador electrolítico, dejando únicamente en servicio el condensador de papel impregnado. El arrollamiento de trabajo está conectado directamente a la red.

OBSERVACIÓN: En algunos motores antiguos se consigue un efecto semejante con ayuda de un solo condensador, alimentado a través de un autotransformador. Este artificio permite aumentar durante el arranque la energía almacenada por el condensador, y en consecuencia obtener un par de arranque más elevado.

c) INTERPRETACIÓN DE CURVAS:

Velocidad Síncrona vs torque:


Fig. Nº 10 Gráfica de torque vs velocidad síncrona

Interpretación:

En la gráfica podemos notar en primera instancia que el arranque del motor es grande, se calcula que el valor del el torque de arranque es el 180% al 220% mayor. Conforme la velocidad aumenta llega hasta aproximadamente un 75% de la velocidad de régimen, la llave centrífuga se abre cediendo el paso al funcionamiento al otro condensador, es por eso que ocurre esta conmutación en la gráfica, obteniéndose por ende un torque que va disminuyendo conforme la máquina sigue funcionando. Entonces se deduce rápidamente que cada condensador cumple su función determinada, es decir que colocando se aprovecha adecuadamente para el funcionamiento. Cuando la máquina ya alcanzó su velocidad ya no es necesario seguir dándole la fuerza para que se mueva, así que es en este punto donde cede el paso a el otro condensador para que lo mantenga en marcha.

Potencia Útil vs Eficiencia:


Fig. Nº 11 Eficiencia vs Potencia Útil

Interpretación:

Podemos observar que los motores monofásicos con dos condensadores son mucho más eficientes que los motores convencionales, aportando los 2 motores una misma potencia útil, el factor económico también puede influir en esta comparación, ya que naturalmente, el mejor motor es el más caro.

Se nota claramente la diferencia cuando se plasma gráficamente, se sabe que mientras una máquina sea más eficiente, es mejor. Entonces el motor con dos condensadores ofrece más energía al sistema, es por eso que estos tipos de motores generalmente son para cargas mayores, es decir que éstos necesitan mayor fuerza y así se obtenga el movimiento adecuado para que realice su objetivo.

Potencia Útil vs Corriente:


Fig. Nº 12 Corriente vs Potencia Útil

Interpretación:

Vemos que la corriente de operación de un motor monofásico con dos condensadores en menor que la de un motor monofásico convencional, esta diferencia se debe a la presencia del capacitor de marcha que posee una alta capacitancia, para lograr el consumo mínimo de corriente.

Es muy importante no alterar el valor de la capacitancia especificada del capacitor de marcha, ya que colocar un capacitor con valor de capacitancia por arriba o debajo de la especificada puede causar una elevación en el consumo de corriente y con seguridad causará un daño en el motor.

Cabe mencionar que cuando se consume menor corriente, es mejor. Por la demanda en cuanto a los costos, aunque parezca poca la diferencia en cuanto al consumo de corriente, a veces es indispensable tomar en cuenta porque el motor puede estar funcionando muchas horas al día.


Potencia Útil vs Factor de potencia:

Fig. Nº 13 Factor de potencia vs Potencia Útil

Interpretación:

El condensador de marcha también es responsable que en los motores monofásicos con dos condensadores se ve una mejora del factor de potencia en comparación con el factor de potencia de un motor monofásico convencional.

Haciendo hincapié, sabemos que cuando una máquina tiene un factor de potencia que se acerca a 1, esta se convierte prácticamente a un consumo puro de potencia activa. Pero los responsables de que esto ocurra son los condensadores porque actúan como un pequeño banco que absorbe la potencia reactiva, haciendo de que esta sea menor y así se obtenga un factor de potencia corregido.


6. APLICACIONES DE UN MOTOR DE 3HP:

COMPRESORES: Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas gracias a un motor eléctrico incorporado. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas.

Fig. Nº 14 Comprensor

MÁQUINAS DE PANADERIAS - LAMINADORAS: El motor cumple la función de hacer rodar las láminas cortantes para hacer el corte necesario y seccionar el molde del insumo.

Fig. Nº 15 Laminador


MÁQUINAS DE PANADERIAS - APLANADORAS:

Fig. Nº 16 Aplanadora

CORTADORA DE MADERA - SIERRA ELÉCTRICA:

Fig. Nº 17 Sierra Eléctrica


7. INSTALACION DE MOTOR MONOFÁSICO:

Siempre que se realiza una instalación de un motor, se deberá de tener la certeza de que esté funcionando en óptimas condiciones. Cualquier motor en general, contará con sus dispositivos de protección, la cual garantizará de que en caso de que exista algún desperfecto, el sistema de protección actuará inmediatamente previniendo daños irreversibles que puede ocurrir en un motor.

a) b)

Fig. Nº 18

Circuito Fuerza

En la Fig. Nº 18 a), la presencia de un interruptor permite el corte en carga del motor. En los dos circuitos de potencia, el relé térmico protege al motor contra sobrecargas. En los esquemas se omite la presencia de una protección contra cortocircuitos, necesaria a instalar en cabecera, bien sea por medio de fusibles o por un disyuntor automático. Se puede sustituir el relé térmico por un disyuntor automático magneto térmico que cumpla las funciones de protección contra cortocircuitos y contra sobrecargas ajustable al consumo nominal del motor (comúnmente llamados guardamotores o protectores de motor), en cuyo caso se instalaría en la cabecera de línea, antes del contactor. Nótese, en cualquier caso, la necesidad de poner en serie dos de los tres polos del protector de motor,


imprescindible para su correcto funcionamiento de protección térmica.

Circuito de Control

Fig. Nº 18 b), se ha omitido una protección contra cortocircuitos del circuito de control, necesaria individualmente o colectivamente para varios circuitos de control, mediante fusibles o mediante aparatos magneto térmicos. El circuito de control incluye pulsadores de paro y de marcha a distancia y pulsador eléctrico de marcha local y paro local por pulsador mecánico que actúa sobre el mismo relé térmico. Se puede instalar un pulsador de paro eléctrico o incluso pulsador de paro de emergencia asociándolos en serie con los pulsadores de paro existentes en este circuito.

8. CONCLUSIONES:

En cuanto a la variedad de polos que puede existir en un motor eléctrico, se sabe que cuanto mayor es el número de polos tanto menor es la velocidad, y cuanto menor es el número de polos tanto mayor es la velocidad.

No todas estas técnicas de arranque están disponibles en toda la gama de tamaños de motor. Es trabajo del ingeniero seleccionar el motor más barato disponible que funcionará adecuadamente para cierta aplicación.

Tanto el arrollamiento de trabajo como el de arranque están conectados permanentemente en el circuito.

El bobinado de trabajo es fabricado a base de un conductor de cobre grueso aislado y de pocas vueltas.

El bobinado de arranque es fabricado a base de conductor de cobre fino aislado y de muchas vueltas.

Los condensadores electrolíticos son usados en los motores como condensadores permanentes para mejorar su eficiencia, disminuir la corriente de operación, disminuir el ruido y mejorar el factor de potencia.

Los condensadores con impregnación de aceite son usados como capacitores de arranque para proveer el torque de arranque necesario, para arrancar motores monofásicos de AC.

El capacitor electrolítico es de elevada capacitancia 10 a 15 µF y de operación intermitente, es decir, únicamente durante el proceso de arranque del motor.

Cuando alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, el interruptor centrífugo desconecta el condensador


electrolítico, dejando únicamente en servicio el condensador de papel impregnado

9. RECOMENDACIONES:

Es muy importante no alterar el valor de la capacitancia especificada del capacitor de marcha, ya que colocar un capacitor con valor de capacitancia por arriba o debajo de la especificada puede causar una elevación en el consumo de corriente y con seguridad causara un daño en el motor.

Se recomienda que para adquirir un motor, primero se debe de tener la información necesaria para el uso, es decir que depende de la carga para que este no se dañe en el uso.

Siempre que ocurra una avería, se recomienda no manipularlas directamente, estas deben de mandarse a repararlas ya sea por una persona especialista.

No debemos de manipular los condensadores cuando éstas se encuentran fuera del motor, es decir que a veces uno piensa que por que esta desconectado, los dispositivos no son nocivos. Esto es mentira y muchas veces ocurren accidentes por no conocer, nos referimos a los condensadores, estos almacenan energía y por más que el motor esté apagado, estos mantienen esa energía que puede ser nociva para quien trata de manipularlo.

10. BILIOGRAFIA:

Manual Electrotécnico/Schneider Electric Guías de Máquinas Eléctricas II/Ing. Huber Murillo Manrique. http://www.metalcorte.com/portal/manager/ba/arquivos/

monofasico%20de%20cap%20ESP.pdf http://spanish.emersonclimate.com/espanol/art-sp-

capacitores.pdf http://www-app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/

lab-ingel/motores%20asincronos%20monofasicos.pdf Reparación de motores eléctricos/R.Rosenberg/séptima edición


http://www-app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/lab-ingel/motores%20asincronos%20monofasicos.pdf

http://www-app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/lab-ingel/motores%20asincronos%20monofasicos.pdf

http://spanish.emersonclimate.com/espanol/art-sp-capacitores.pdf

http://spanish.emersonclimate.com/espanol/art-sp-capacitores.pdf

http://www.metalcorte.com/portal/manager/ba/arquivos/monofasico%20de%20cap%20ESP.pdf

http://www.metalcorte.com/portal/manager/ba/arquivos/monofasico%20de%20cap%20ESP.pdf

11. APÉNDICES Y ANEXOS:


Notas:

Dimensiones en mm.

Las informaciones contenidas en esta hoja están sujetas a modificaciones sin previo aviso para valores garantizados remitirse a la fábrica “WEG”

Universidad Nacional del CallaoFacultad de Ing. Eléctrica y

ElectrónicaEscuela Profesional Ing.

Eléctrica

Arranque de motores monofásicos

Con condensadores

Curso : Liderazgo y Relaciones Humanas

Profesor : Ing. Vara Vicente Jesús

Integrantes :

- Goicochea Nuñez Henry 062037F

- Sumire Sumire Josafat 062513B


Turno : 01T

Ciclo : VII (2010 – B)

2010

CALLAO - PERU


arranque de motores monofÁsicos de 3hp

Documents