arranque de motores trifasicos a tension reducida

ARRANQUE DE MOTORES TRIFASICOS A TENSION REDUCIDA

OBJETIVO

Conocer el circuito de un arrancador estrella-triángulo para motor trifásico con enclavamiento eléctrico.

INTRODUCCION

Uno de los inconvenientes que presentan los motores de inducción es la elevada intensidad que absorben en el momento de arranque, hecho que puede producir perturbaciones en la marcha de otros aparatos conectados en la misma red e incluso ser inadmisible dadas las condiciones de la instalación.

Los dispositivos de arranque de estos motores tienden a cortar este efecto, siendo tanto más importante tal cosa cuando mayor sea la potencia de los motores.

Los procedimientos más corrientemente utilizados para el arranque son los siguientes:

Arranque mediante conexión directaArranque Estrella-TriánguloArranque mediante resistencia estatóricaArranque por autotransformador

En esta práctica utilizaremos el arranque de motores a tensión reducida, (conocida como Arranque Estrella-Triángulo) que consiste en alimentar inicialmente el

motor en conexión estrella y luego pasarlo a la conexión triángulo para su funcionamiento normal.

El arranque Estrella-Triángulo es utilizado cuando:

No es necesario un alto torque de partida (el torque de partida queda reducido a 1/3 de su valor) como, por ejemplo en vacio.

El motor tiene 6 terminales que permiten la conexión Estrella-Triángulo.

La tensión de la red coincide con la tensión de placa del motor en la conexión triángulo. Ejemplo: red 380 V. Motor: Estrella, 660 V. Y triángulo, 380 V.

En el arranque en Estrella, el motor consume 3 veces menos corriente que conectado en triángulo. La explicación esta en el hecho de que las bobinas de un motor industrial trifásico conectadas en Estrella, reciben una tensión veces menor que el mismo motor conectado en triángulo. Pues sabido es que, para un sistema en Estrella VL = VF y en el Sistema en triángulo , VL = VF , ocurriendo lo inverso con las corrientes.

El arrollamiento (bobina) del motor, tiene para cada fase , los dos extremos prolongados para fuera del motor, de modo que si conectamos las tres bobinas en triángulo, cada una recibirá la tensión de línea, por ejemplo 380 V., si la conectamos en estrella, el motor puede ser alimentado por una línea con tensión igual a 380 x = 660 V, sin alterar la tensión en la bobina que continúa siendo igual a 380 V.

Los motores de 6 terminales sirven para cualesquiera tensiones nominales duplas, toda vez que la segunda sea veces mayor que la primera, Ejemplos: 220/380 V., 380/660, 440/760 V, donde la primera tensión es la correspondiente a la tensión nominal de las bobinas individualmente.

Como ejemplo supongamos que tenemos un motor trifásico que en su placa de caracteristica indique 380/660 V., a través de la cual el fabricante nos asegura que el mismo puede conectarse en triángulo a una red de 220/380 V., si el mismo motor quisieramos conectarlo en estrella se necesitaría una tensión de 3 x 660 V.

La corriente nominal del motor es la que figura en la placa como dato de la conexión en Estrella y la tensión nominal es la que figura como dato de la conexión en triángulo.

La partida estrella-triángulo podrá ser utilizado cuando la curva de conjugados (torque) del motor es suficientemente elevada para poder garantizar la aceleración de la máquina con la corriente reducida. En la conexión estrella, la corriente queda reducida de 25 a 33 % de la corriente de partida para la conexión triángulo. También la curva del conjugado es reducido en la misma proporción. Por ese motivo, para el uso de la llave estrella-triángulo deberá ser escogido un motor con curva de conjugado alto. El conjugado resistente de la carga no deberá superar al conjugado de partida del motor, ni la corriente en el instante del cambio de conexión para triángulo podrá ser de valor inadmisible.

La llave estrella-triángulo en general solo puede ser utilizada en partidas de la máquina en vacio, esto es sin carga. Después de haber alcanzado la rotación nominal,

la carga podrá ser aplicada.El instante de conmutación de estrella a triángulo debe ser criteriosamente determinado, para optimizar la partida del motor.

VENTAJAS

La conexión estrella-triángulo para partida de motores trifásicos presenta las siguientes ventajas:

Reducción de la corriente de partida del motor, evitando elevada caída de tensión en el sistema de alimentación de la red.

Evita interferencias en equipamientos instalados en el sistema (red) de distribución.

Costo reducido en el sistema de protección (cables, contactores), evitando el sobredimensionamiento excesivo de los mismos.

Permite adecuarse a las limitaciones impuestas por las normas de distribución de energía eléctrica, en cuanto a caída de tensión en la red.

Adecuada para cargas que necesitan pequeño torque de partida.

DESVENTAJAS

Costo mayor que el sistema de partida directa, debido a los contactores adicionales.

El motor debe trabajar para la conexión en triángulo con la tensión de fase y debe estar proyectado para trabajar a una tensión superior de fase ( veces), para la conexión estrella.

El motor debe tener disponible 6 terminales que permitan la conexión estrella-triángulo.

El esquema de comando se vuelve un poco más complejo que el de partida directa a tensión plena.

CRITERIO TECNICO PARA EL MONTAJE

Para el montaje hay que tener en cuenta que la tensión de la red corresponda a la tensión nominal del motor.

Los motores deberán poseer por si mismos, protección mecánica adecuada al ambiente y al tipo de servicio..

Para los motores en general, la llave separadora deberá ser un elemento visible de separación (fusible, llave seccionadora, etc.) de capacidad nominal por lo menos igual al 115 % de la corriente nominal del motor.

Un aspecto a considerar es que los dispositivos de arranque a tensión reducida para motores, deberán ser provistos de los dispositivos siguientes como recursos mínimos.

a) Dispositivo mecánico que obligue a realizar con rapidez la operación de arranque a la de marcha.

b) Dispositivo mecánico que impida el cierre de los contactos después de una operación por cualquier causa anormal, antes de que el operador lo rearme manualmente.

c) Dispositivo electromagnético que abra el circuito alimentador al faltar energía en la red, impidiendo que el motor arranque automáticamente al restablecerse la tensión.

Es importante observar el tiempo de duración de la corriente de partida, durante el cuál no debe operar el rele térmico. Un buen dimensionamiento del rele y un ajuste apropiado del mismo resuelve ese problema.

Es conveniente que una vez terminado el montaje, se verifique el conexionado de los bornes tanto del Esquema de mando y el de fuerza, antes de energizar el motor, utilizando a dicho efecto el tester.

Las mediciones a realizar durante la práctica son:

Continuidad de todos los puntos de conexión, utilizando el diagrama funcional,

Tensión de la red,Corriente de partida en conexión estrella,Corriente en conexión estrella,Corriente en el cambio de estrella a triángulo,Corriente en conexión triángulo,Velocidad del motorVerificación de giro del motor (derecha o izquierda).

DATOS TECNICOS DEL MOTOR A UTILIZAR

Para la realización de la práctica se debe de conocer los datos de placa del motor que se va a utilizar y estos son:

Tensiones Nominales

Corrientes Nominales

Velocidad Nominal

Frecuencia

FUNCIONAMIENTO

Al apretar el pulsador S1, se energizan las bobinas del contactor K3 y del rele de tiempo K0 (columna 1 y 2 ); en este instante son cortocircuitados los terminales 1,2 y 3 del motor, esta hecha la conexión estrella.

A través de los contactos auxiliares de K3 (columnas 2 y 3) es energizado K1 que retiene su conexión a través de su contacto auxiliar (columna 4), permitiendo que, al soltar el pulsador S1, permanezcan energizados también K3 y K0 (en la columna 5, K2 continua desconectado, pues el contactor K3 esta energizado, por lo tanto el contacto auxiliar K3 esta abierto), en este instante, el motor recibe la tensión de la red a través de los terminales 4,5 y 6. El motor está funcionando en la conexión estrella.

El rele temporizador K0, después de un tiempo preajustado, acciona su contacto en la columna 1 y, además de desconectarse, también desenergiza el contactor K3 . El contactor K1 aún está energizado y cuando

el contacto de K3 (en la columna 5) vuelve a la posición cerrado, es energizado K2, que cierra el contacto (en la columna 6) y enciende la lámpara H1 que indica el final del proceso de partida del motor. Ahora están energizados K1 y K2 y elmotor funciona con conexión triángulo.

Para para el motor basta con apretar el pulsador S0 y todo volverá a la posición inicial. El contacto de K2 (columna 1) fue incluido para evitar que, después del proceso de partida, este venga a reiniciarse sin desconexión previa del motor.

CALCULOS

El motor a utilizar debe estar conectado en estrella.

Potencia util de motor a usar: 0.75 Hp x 746 W = 559.5 W

donde:

Pabs = Potencia absorvidaPu = Potencia util

= Rendimiento

IN = 2.2 A

donde:

INC = Corriente nominal ( calculado ) del motorV = Tensión de la red

Cos = Factor de Potencia

IP = Corriente de partida ( en vacío )

IN = Corriente nominal ( según placa )

MATERIALES UTILIZADOS

DESCRIPCION CANT DESCRIPCION CANT

Motor trifásico de 5.5 HP

1 Botonera NC 1

Fusibles de 15 A. 3 Botonera NA 1Contactor trif. Con 1 Aux.

2 Luz Piloto con visor rojo

1

Relé térmico trifásico

1 Luz Piloto con visor verde

1

Fusible de 3 A 1 Luz Piloto c/ visor naranja

1

Arrancadores a Tensión Reducida con Autotransformador (ATRWMX)Se utilizan para el arranque de motores con rotor de jaula de ardilla. Limitan la corriente en la etapa de arranque, evitando alcanzar corrientes que puedan causar fluctuaciones perjudiciales en la línea de alimentación.

Informaciones Generales

Biblioteca CAD

Central de Descarga Catálogos (6)

Características Generales

Para el arranque de motores trifásicos hasta 300 CP a 440V c.a. , 60Hz con autotransformador, no reversibles, en tablero metálico de protección Nema 12, fabricado en lámina de acero Cal. 14 USG, con pintura anticorrosiva electroestática en polvo RAL 7032. Placa de montaje interna. Puerta envinagrada y chapas de cierre atornillable con neopreno. Autotransformador con derivaciones de 50, 65 y 80 % de la tensión nominal. Interruptor Termo magnético, Contactores y Relevador de sobrecarga de acuerdo a la potencia del motor. Botones Pulsadores de Arranque y Paro. Lámpara piloto indicadora de sobrecarga. Voltímetro Analógico montado en la puerta.

Aplicación

Los arrancadores a tensión reducida ATRW tipo autotransformador se utilizan para el arranque de motores con rotor de jaula de ardilla. Estos arrancadores limitan la corriente en la etapa de arranque, evitando alcanzar corrientes que puedan causar fluctuaciones perjudiciales en la línea de alimentación.Con el arrancador a tensión reducida tipo autotransformador, se reduce la tensión en los bornes de motor según la relación de transformación del autotransformador. Por lo general, se utilizan autotransformadores con derivaciones de 0, 50, 65 y 80% de la tensión nominal (El equipo WEG sale de línea conectado al TAP de 65%).La intensidad de corriente consumida por el motor en la etapa de arranque disminuye en un 42%, utilizando la relación de transformación del autotransformador al 65%.

Modelos

En 220 Vac Tamaño En 440 Vac TamañoATRWMX020-22 1 ATRWMX020-44 1ATRWMX025-22 1 ATRWMX030-44 1ATRWMX030-22 2 ATRWMX040-44 1ATRWMX040-22 2 ATRWMX050-44 1ATRWMX050-22 2 ATRWMX060-44 2

ATRWMX060-22 3 ATRWMX075-44 2ATRWMX075-22 3 ATRWMX100-44 2ATRWMX100-22 3 ATRWMX125-44 3ATRWMX125-22 3 ATRWMX150-44 3ATRWMX150-22 4 ATRWMX200-44 3

ATRWMX250-44 3ATRWMX300-44 4

Tamanhos

Tamaño Dimenciones (mm)1 610*508*2702 762*610*3213 1067*762*3374 1219*914*438

ARRANQUE A TENSION REDUCIDA ANEXO A LA PRACTICA 1Ratings: (1)|Views: 8.605 |Likes: 62Publicado porPestiferous Subterfuge Sixfeet UnderSee more

ARRANQUE A TENSION REDUCIDA .Esta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes razones: se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor, o bien, acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par. Existen varias formas o métodos para lograr el arranque a tensión reducida. Entre los principales se tienen:

a) Resistencias Primarias.b) Reactancias. c) Autotransformador.d) Estrella-Delta.e) Devanado Partido.

Arranque con resistencias primarias .En este método de arranque el motor se conecta a la línea, a través de un grupo o banco de resistencias, produciendo una caída de tensión en ellas. Esta caída disminuye la tensión aplicada a las terminales del motor, reduciendo la corriente y el par durante el arranque. Una vez que el motor alcanza cierta velocidad (superior al70% de la nominal), se desconectan las resistencias, dejando el motor funcionando con la

tensión plena de alimentación .En la Figura 1 se muestra un arrancador que emplea un banco de resistencias, formado por filas de discos de grafito, una para cada línea, las cuales al ser comprimidas van disminuyendo su valor de resistencia. Esto se logra, con un mecanismo accionado por la palanca montada en la parte externa del envolvente. La palanca puede tomar tres posiciones: reposo o inferior, arranque o intermedia y arranque completo o superior. Figura 1.- Vista de un arrancador por resistencia a tensión reducida para un motor trifásico En la figura 2 se puede observar el diagrama esquemático de un arrancador con resistencias, que corresponde al mostrado en la figura anterior. Cuando la palanca se pasa de la posición de reposo a la de arranque, los contactosR1, R2 y R3 son cerrados por el mecanismo, conectando el motor a la línea a graves del banco. Para acelerar el motor la palanca se lleva a la posición de arranque completo, aplicándose en el transcurso de esta operación presiones sobre las pilas de grafito, disminuyendo con esto su resistencia. Al llegar la palanca a la posición de arranque completo, el contacto R4 se cierra, excitándose la bobina del contactor M que elimina el banco de resistencias en el circuito de carga del motor. Al mismo tiempo, el contacto M4 en paralelo con R4 se cierra, de tal manera que al regresarse la palanca a su posición inicial, abriendo los contactos R1, R2, R3 y R4, el motor queda alimentado a la tensión de la red a través del contactor M.

Figura2.- Diagrama esquemático de un arrancador a tensión reducida por resistencias, como el mostrado en la figura 1. Los contactos R1, R2, R3 y R4 son accionados por un mecanismo. Para parar basta pulsar el botón de paro, des energizándose la bobina del contactor M que abre sus contactos, quedando el circuito listo para otra operación. De manera similar en el caso de una sobrecarga, la apertura de los contactos SC desconecta la máquina, requiriéndose restablecer el circuito, antes de repetir la secuencia de arranque. Se han desarrollado arrancadores con resistencias primarias, en donde solo basta pulsar un botón para arrancar el motor. También es posible utilizar en este modelo de arrancadores, elementos de mando tales como: interruptores de flotador, de presión, etc. Que podrían iniciar automáticamente la operación. Las figuras 3 y 4 muestran un arrancador de este tipo, el cual por el tipo de componentes que utiliza, se le denomina arrancador magnético o electromagnético. Figura 3.- Arrancador magnético a tensión reducida con resistencias, para motores trifásicos jaula de ardilla. Figura 4.- Diagrama simplificado de un arrancado magnético a tensión reducida con resistencias, para un motor trifásico jaula de ardilla.Cuando se oprime el botón de arranque

se establece continuidad en la línea que contiene el botón de paro, elbotón de arranque, la bobina del contactor M y los contactos del relevador de sobrecarga. La bobina M se energiza,cerrando los contactos M1, M2 y M3 en el circuito de carga y el contacto M4 de enclave, en el circuito de control;así el motor se conecta a la línea a través del banco de resistencias.

En el momento en que la bobina M se energiza, también lo hace la bobina T de un relevador de tiempo, del tipo abobina energizada. Este, en un tiempo t cierra el contacto T, permitiendo la conexión de la bobina del contactor R,el cual cierra sus contactos R1, R2 y R3 en el circuito de carga punteando las resistencias, con lo que el motorqueda conectado a la tensión plena de la línea.El paro se realiza pulsando el botón para tal, que interrumpe el circuito que energiza la bobina del contactor M,provocando la apertura de los contactos M en el circuito de carga.En el caso de una sobrecarga, la apertura de los contactos del relevador en serie con la bobina M, origina ladesconexión del motor. Para arrancar después de una sobrecarga hay que oprimir el botón de restablecer, quemecánicamente cierra los contactos SC y luego pulsa el botón de arranque.b)

Arranque con Reactancias.Este método de arranque consiste en conectar elmotor a la línea a través de reactores colocados encada una de las fases. Como resultado de

utilizareste tipo de arrancador, el par en el arranque es muybajo; además, el empleo de reactores disminuye aunmás el factor de potencia durante la aceleración.Estas características y su mayor costo, hacen que eltipo de resistencias que se acaba de mencionar, seapreferido en lugar de este en la mayoría de los casos.Sin embargo, en accionamientos en donde serequieren bancos de resistencias de gran volumen yse tiene problemas con la disipación de calor, seemplea el arrancador con reactancias.Usualmente los reactores van provistos dederivaciones, para conseguir en los bornes del motortensiones del 50%, 65% y 80% de la tensión plenade alimentación, lo que permite realizar ajustes enlas relaciones par y corriente.Figura 5.- Diagrama simplificado de un arrancador atensión reducida por reactancias. Nótese el empleode un transformador, para reducir la tensión de lalínea, a valores adecuados para la operación delcircuito de control.c)

Arranque con Autotransformador.El arranque con autotransformador conocido como compensador, tiene los mismos propósitos que los arrancadores con resistencias o reactancias y a pesarde ser más costosos, posee ciertas cualidades que lo hacen preferido en la mayoría de las aplicaciones. En los arrancadores con resistencias o reactancias, la disminución de la corriente es proporcional a la disminución de la tensión, mientras que el par disminuye con el cuadrado de ésta. Así si en un arrancador se tiene una caída de tensión en los bancos limitadores de un 20%, la corriente absorbida por el motor durante el arranque, será el 80% de su valor si se arranca a tensión plena de red, en tanto que el par se reduce a un 64%.En la figura 6 se muestra el interior de un arrancado manual con autotransformador. Las operaciones de arranque, son realizadas con la palanca que se muestra en el exterior de la envolvente. Esta palanca puede tomar tres posiciones: parado, arrancar y marcha .Figura 6.- Arrancador manual a tensión reducida del tipo autotransformador para motores jaula de ardilla.

Tipos de arranque en motores trifasicos

Justificación de sistemas de arranque para los motores asincrónicos.Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada esconsiderable y puede provocar una caída de tensión que afecte alfuncionamiento de los receptores, especialmente en caso de insuficiencia dela sección de la línea de alimentación. En ocasiones, la caída puede llegar aser perceptible en los aparatos de alumbrado.Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de motores de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores.Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple.Tan sólo las extremidades de los devanados del estator sobresalen de la placa de bornas. Dado que el fabricante determina de manera definitiva lascaracterísticas del rotor, los distintos procesos de arranque consisten principalmente en hacer variar la tensión en las bornas del estátor. En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reducción dela punta de corriente conlleva de manera automática una fuerte reducción del par. 2. Arranque directoSe trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El motor se basa en sus características naturales para arrancar. En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es importante. La corrienteprimaria y la secundaria son prácticamente proporcionales.Por tanto, se obtiene una punta de corriente importante enla red : I arranque = 5 a 8 l nominal.

El par de arranque medio es: C arranque = 0,5 a 1,5 C nominal.A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque rápido, bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:– la potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que provoca la corriente solicitada, – la máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone de un dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco,– el par de arranque debe ser elevado.Por el contrario, siempre que:– la caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea,– la máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas,– la seguridad o la comodidad de los usuarios se vea comprometida (por ejemplo, en el caso de las escaleras mecánicas),será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente solicitada o el par de arranque. En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida.

Arranque estrella-triánguloSólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por ejemplo, en el caso de una red trifásica de 380 V,es preciso utilizar un motor bobinado a 380 V en triángulo y 660 V en estrella.

El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo que

equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por (en el ejemplo

anterior, la tensión de la red 380 V = 660 V / ).La punta de corriente durante el arranque se divide por 3:

Id = 1,5 a 2,6 InUn motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensión nominal de 660 V absorbe una corriente 3 veces

menor que si se acopla en triángulo a 380 V. Dado que el acoplamientoen estrella se realiza a 380 V, la corriente se divide nuevamente por . Por tanto, se divide por un total de 3.El par de arranque se divide igualmente por 3, ya que es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación: Cd = 0,2 a 0,5 CnLa 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 naturales. Un temporizador se encarga de controlar la 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 laapertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo. La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la apertura del contactor de estrella y se restablece con el cierre del contactor de triángulo. El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante, debida a la fcem del motor.

El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que arrancan en vacío.Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia:– temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.Esta medida permite disminuir la fcem y, por tanto, la punta de corriente transitoria.Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea suficiente para evitar una deceleración excesiva durante la temporización.– arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serieaproximadamente durante tres segundos con los devanadosacoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de corriente transitoria.– arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la apertura del contactor de estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, la aparición de fenómenos transitorios.El uso de estas variantes conlleva la instalación de componentes adicionales y el consiguiente aumento del costo total.

Arranque por autotransformadorEl motor se alimenta a tensión reducida mediante un autotransformador que, una vez finalizado el arranque, queda fuera del circuito.El arranque se lleva a cabo en tres tiempos:– en el primer tiempo, 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 detransformación. Generalmente, el transformador está dotado de tomas que permiten seleccionar la relación de transformación y, por tanto, el valor más adecuado de la tensión reducida.– antes de pasar al acoplamiento a plena tensión, la estrella se abre. En ese momento, la fracción de bobinado conectada a la red crea una inductancia en serie con el motor. Esta operaciónse realiza cuando se alcanza la velocidad de equilibro, al final del primer tiempo.– el acoplamiento a plena tensión interviene a partir de segundo tiempo, normalmente muy corto (una fracción de segundo). Las inductancias en serie con el motor secortocircuitan y, a continuación, el autotransformador queda fuera del circuito.La corriente y el par de arranque varían en la mismaproporción. Se dividen por (U red / U reducida)2 y se obtienenlos valores siguientes:Id = 1,7 a 4 InCd = 0,5 a 0,85 Cn El arranque se lleva a cabo sin interrupción de corriente en el motor, lo que evita que se produzcan fenómenos transitorios. No obstante, si no se toman ciertas precauciones puedenaparecer fenómenos transitorios de igual naturaleza durante el acoplamiento a plena tensión. De hecho, el valor de la inductancia en serie con el motor tras la apertura de la

estrella es importante si se compara con la del motor. Como consecuencia, se produce una caída de tensión considerable que acarrea una punta de corriente transitoria elevada en el momento delacoplamiento a plena tensión. El circuito magnético del autotransformador incluye un entrehierro que disminuye el valor de la inductancia para paliar este problema. Dicho valor se calcula de modo que, al abrirse la estrella en el segundo tiempo, no haya variación de tensión en las bornas del motor.El entrehierro aumenta la corriente magnetizante del autotransformador. Dicha corriente aumenta la corriente solicitada en la red durante el primer tiempo del arranque.Este modo de arranque suele utilizarse en los motores con potencia superior a 100 kW. Sin embargo, el precio de los equipos es relativamente alto debido al elevado coste delautotransformador.

Arranque de motores

Tomado de:

Resumen:

En este este artículo se presentan los aspectos a considerar para dimensionar adecuadamente el arranque de los motores eléctricos.

Desarrollo:

Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de régimen permanente.

El conjunto que se pone en marcha es inercial y disipativo, incluyendo en este último concepto a las cargas útiles, pues consumen energía.

El estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores eléctricos y arrancadores a instalar están basados en el conocimiento de las particularidades de éste régimen transitorio.

Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la siguiente ecuación diferencial:

Tm - Tr = J . dw / dt

Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjunto.

Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de 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.

Como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético, además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este mayor par de arranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucrados.

Aunque se suele enfocar el diseño de estos sistemas de arranque en atención a las corrientes y cuplas involucradas, no deben dejarse de lado otros aspectos que también resultan importantes, como por ejemplo el consumo de energía disipada en forma de calor y las perturbaciones sobre la red de baja tensión.

Estas perturbaciones incluyen principalmente las caídas de tensión (muy notables en los elementos de iluminación), que pueden afectar el funcionamiento de otros elementos conectados a la misma, lo que resulta crítico en las instalaciones con muchos motores que realizan frecuentes arranques.

Por otro lado, los dispositivos de arranque pueden ser de operación manual o por contactores. Estos últimos permiten efectuar el mando a distancia del motor con cables de secciones pequeñas (sólo se requiere la corriente necesaria para la bobina del contactor), lo que facilita el accionamiento y diseño del dispositivo de control por trabajar con intensidades reducidas.

1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula

Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos).

En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal.

Por ejemplo, el código municipal fija los límites de corriente en el arranque indicados en la tabla siguiente:

Hasta 3 HP 4,0 . In

Más de 3 hasta 6 HP 3,5 . In









Más de 30 HP 1,4 . In

La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque.

Los circuitos con motores deben contar con interruptores que corten todas las fases o polos simultáneamente y con protecciones que corten automáticamente cuando la corriente adquiera valores peligrosos.

En los motores trifásicos debe colocarse una protección automática adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensión baje de un valor determinado.

1.1 - Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en jaula

Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar.

Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una caída de tensión. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces mayores que la corriente nominal del motor. Su principal ventaja es el elevado par de arranque: 1,5 veces el nominal.

Siempre que sea posible conviene arrancar los motores a plena tensión por la gran cupla de arranque que se obtiene, pero si se tuvieran muchos motores de media y gran potencia que paran y arrancan en forma intermitente, se tendrá un gran problema de perturbaciones en la red eléctrica.

Por lo tanto, de existir algún inconveniente, se debe recurrir a alguno de los métodos de arranque por tensión reducida que se describen a continuación.

1.2 - Arranque a tensión reducida de motores asincrónicos con rotor en jaula

Este método se utiliza para motores que no necesiten una gran cupla de arranque. El método consiste en producir en el momento del arranque una tensión menor que la nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensión se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magnético y la cupla motriz.

Entre los métodos de arranque por tensión reducida más utilizados podemos mencionar el de arrancador estrella-triángulo, el de autotransformador de arranque y el de arrancador electrónico.

1.2.1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por conmutación estrella-triángulo

El arranque estrella-triángulo es el procedimiento más empleado para el arranque a tensión reducida debido a que su construcción es simple, su precio es reducido y tiene una buena confiabilidad.

El procedimiento para reducir la tensión en el arranque consiste en conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trifásicos previstos para trabajar conectados en triángulo en la red de 3 x 380 V.

Los bobinados inicialmente se conectan en estrella, o sea que reciben la tensión de fase de 220 V, y luego se conectan en triángulo a la tensión de línea de 380 V; es decir que la tensión durante el arranque se reduce 1,73 veces.

Por ser ésta una relación fija, y dado que la influencia de la tensión sobre la corriente y la cupla es cuadrática, tanto la corriente como el par de arranque del motor se reducen en tres veces.

Además, es necesario que el motor esté construído para funcionar en triángulo con la tensión de la línea (380 / 660 V). Si no es así, no se lo puede conectar.

Además el estator debe tener sus seis bornes accesibles (situación que no se da en todos los motores, como por ejemplo en las bombas sumergibles). Para ello se abren los circuitos de las bobinas del estator y se las conecta al conmutador. En este caso al motor ingresan 6 cables, más el de puesta a tierra.

La conmutación de estrella a triángulo generalmente se hace en forma automática luego de transcurrido un lapso (que puede regularse) en el que el motor alcanza determinada velocidad.

En el caso más simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el motor, disponiendo de enclavamientos adecuados. La protección del motor se hace por medio de un relé térmico. El térmico debe estar colocado en las fases del motor. La regulación del mismo debe hacerse a un valor que resulta de multiplicar la corriente de línea por 0,58. La protección del circuito más adecuada también es el fusible.

Algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de conmutación son: el pico de corriente que toma el motor al conectar a plena tensión (etapa de triángulo) debe ser el menor posible; por ello, la conmutación debe efectuarse cuando el motor esté cercano a su velocidad nominal (95% de la misma), es decir cuando la corriente de arranque baje prácticamente a su valor normal en la etapa de estrella.

Asimismo, el relé de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento, no antes ni mucho

después. Habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10 segundos, si supera los 12 segundos se debe consultar al proveedor del equipo. Si no se cumple con lo anterior, el pico de coriente que se produce al pasar a la etapa de triángulo es muy alto, perjudicando a los contactores, al motor y a la máquina accionada. El efecto es similar al de un arranque directo.

Finalmente digamos que el dispositivo estrella-triángulo tiene el inconveniente de que la cupla de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar máquinas con mucho momento de inercia, en cuyo caso se utilizan los dos métodos que se describen a continuación. Ambos permiten conectar motores trifásicos con motor de jaula, los cuales traccionan, por ejemplo, bombas sumergibles.

1.2.2 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por autotransformador de arranque

El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-triángulo, salvo por el hecho de que la tensión reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensión en forma escalonada, permitiendo un arranque suave.

Su único inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daños perjudiciales al sistema mecánico o a la máquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en el momento del arranque.

Una variante menos usada es la conexión Kusa, en la que durante el proceso de arranque se intercala una resistencia en uno de los conductores de línea.

1.2.3 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por dispositivos electrónicos

Los arrancadores electrónicos son una mejor solución que los autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida útil de todas las partes involucradas.

Los mismos consisten básicamente en un convertidor estático alterna-continua-alterna ó alterna-alterna, generalmente de tiristores, que permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. En algunos modelos también se varía la frecuencia aplicada.

Al iniciar el arranque, los tiristores dejan pasar la corriente que alimenta el motor según la programación realizada en el circuito de maniobra, que irá aumentando hasta alcanzar los valores nominales de la tensión de servicio.

La posibilidad de arranque progresivo, también se puede utilizar para detener el motor, de manera que vaya reduciendo la tensión hasta el momento de la detención

Estos arrancadores ofrecen selección de parada suave, evitando por ejemplo, los dañinos golpes de ariete en las cañerías durante la parada de las bombas; y detención por inyección de corriente continua para la parada más rápida de las masas en movimiento.

Además poseen protecciones por asimetría, contra sobretemperatura y sobrecarga, contra falla de tiristores, vigilancia del tiempo de arranque con limitación de la corriente, control de servicio con

inversión de marcha, optimización del factor de potencia a carga parcial, maximizando el ahorro de energía durante el proceso y permiten un ahorro en el mantenimiento por ausencia de partes en movimiento que sufran desgastes.

2 - Arranque de motores asincrónicos con rotor bobinado

En un motor asincrónico, la velocidad a la que se produce la máxima cupla es función de la resistencia del circuito rotórico. En particular, la máxima cupla de arranque se tiene cuando dicha resistencia es aproximadamente igual a la reactancia del motor.

En los motores de corriente alterna con rotor bobinado, para efectuar el proceso de puesta en marcha se instala un reóstato de arranque conectado a los anillos rozantes del motor de manera de aumentar a voluntad la resistencia rotórica total.

En este método, el motor arranca con toda la resistencia en serie con el circuito del rotor. Luego por medios manuales o automáticos, en forma continua o escalonada, se va reduciendo la resistencia a medida que la máquina gana velocidad, hasta que en régimen permanente el reóstato queda en cortocircuito.

Cabe acotar que se construyen rotores tipo jaula del tipo de ranura profunda que producen una cupla de arranque algo similar a la de un rotor bobinado con reóstato de arranque. En el momento del arranque la circulación de corrientes secundarias localizadas en las cercanías del entrehierro tienen una mayor densidad de corriente, bloqueando el flujo magnético hacia el interior del núcleo, por lo que el conjunto se comporta como si tuviera mayor resistencia efectiva. Al aumentar la velocidad, disminuye la frecuencia secundaria y cesa ese efecto transitorio.

3 - Arranque de motores sincrónicos

Una máquina sincrónica "pura" no tiene par de arranque. Por lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par de inducción para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad próxima al sincronismo en la que la corriente de excitación desarrolle un par de sincronización conveniente. En algunos casos, las corrientes parásitas en los polos proveen el par asincrónico suficiente para el arranque, pero en otros casos debe instalarse un bobinado especial.

Las formas de arranque son semejantes a las del motor asincrónico, aunque se suele coenectar una resistencia intercalada en el bobinado de excitación, para evitar sobretensiones en los terminales cuando hay movimeinto relativo entre el flujo del inducido y el bobinado del campo. Si el campo del motor es excitado por rectificadores, esta tensión inducida podría producir una componente de continua y un par pulsatorio, que podria causar transtornos en el arranque.

Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar resistencias externas.

4 - Arranque de motores de corriente continua

Con los medios de rectificación de que se dispone actualmente resulta fácil y práctico la utilización de motores de corriente continua, debido a la facilidad que tienen para arrancar y regular su velocidad.

En la práctica se utilízan diversos motores de corriente continua como:

-De excitación independiente.

-De excitación serie / universal.

-De excitación derivación (shunt).

-De excitación compuesta en conexión adicional (compound).

-De imanes permanentes.

-Especiales.

Dentro de los motores de excitación independiente, serie, derivación y compuesta, se distinguen los siguientes bobinados cuya denominación y e identificación señalamos:

AB - Inducido.

GH - Polos auxiliares y de compensación.

JK - Bobinado inductor independiente.

EF - Bobinado inductor serie.

CD - Bobinado inductor derivación.

Un motor de corriente continua queda definido por:

-Red que alimenta al arrancador / variador (tensión y sistema de c.a.).

-Tipo de motor en función de la c. c.

-Potencia en kW.

-Velocidad máxima en rpm.

-Gama de trabajo, mínima y máxima.

-Par a transmitir, en Nm.

-Tensión del inducido, en V.

-Tensión del inductor, en V.

-Intensidad del inducido, en A.

-Intensidad del inductor, en A.

-Grado de protección IP.

-Tipo de fijación y salida del eje.

El tipo de convertidor necesario depende de la clase de servicio que se requiera, las que pueden ser:

Servicio clase I

Empleo al 100% de In, sin posibilidad de sobrecarga.

Servicio clase II

Empleo al 100% de In, con posibilidad de 150% de In durante 1 minuto, que puede repetirse cada hora.

Servicio clase III

Empleo al 1 00% de In, con posibilidad de 125% de In durante 2 hs. y del 200% de In durante 10 seg.

A cada sobrecarga debe seguir el tiempo para que el motor adquiera su temperatura de régimen.

Las características más destacables de los motores en corriente continua son:

Motor de excitación independiente

-Par de arranque muy elevado.

-Fácil control de velocidad en forma automática.

-Requiere reóstato de arranque.

-Se utiliza en motores pequeños.

Motor de excitación serie

-Par de arranque muy elevado.

-Difícil control de velocidad.

-Requiere reóstato de arranque.

-Se utiliza para tracción eléctrica.

Motor con excitación derivación (shunt)

-Par de arranque menor que en el motor serie.

-Muy estable.

-Requiere reóstato de arranque en el inducido.

-Utilizado en máquinas herramientas.

Motor con excitación compuesta

-Par de arranque más elevado que el motor en derivación.

-Muy estable.

-Requiere reóstato de arranque en el inducido.

-Utilizado en máquinas herramientas y para tracción.

En estos motores la FEM en reposo es cero, y por consiguiente, la corriente y el par de arranque sólo quedan limitados por la resistencia del circuito de inducido.

Los motores de corriente continua pueden arrancar por diferentes procedimientos actuando sobre la tensión. Los más utilizados son el reóstato de regulación y los dispositivos electrónicos de rectificación controlada.

4.2 - Arranque de motores de corriente continua por reóstatos

Los reóstatos se conectan en serie con el inducido, de manera de producir una caida que disminuya la tensión efectivamente aplicada sobre el mismo.

En el caso del motor derivación, se deduce que conservando constantes el flujo y la tensión total, la pendiente de la característica velocidad / par es proporcional a la resistencia del circuito de inducido. Aumentando esta resistencia, la característica cortará al eje de velocidad cero en un punto de menor par (y corriente) de arranque. Por su parte en el caso del motor serie el efecto de la resistencia adicional es semejante, obteniéndose un determinado par de arranque con una sobrecorriente menor que en el motor derivación, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de tracción.

4.2 - Arranque de motores de corriente continua por dispositivos electrónicos

En estos arrancadores el equipo electrónico, generalmente de tiristores, recibe un suministro de

corriente alterna monofásica o trifásica y lo convierte en un suministro de tensión continua variable, que permiten el arranque con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque.

En general se pueden hacer consideraciones análogas a las realizadas en el apartado 1.2.3.

Finalmente digamos que muchas veces el criterio de selección entre el uso de los distintos sistemas de arranque pasa fundamentalmente por una consideración de tipo técnico-económica.

arranque de motores trifasicos a tension reducida

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