Arranque Del Motor Trifasico De Induccion Final 152r3

VICTOR MANUEL BLAS REYES ARRANQUE DEL MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION Los motores de inducción absorben en el arranque una corriente bastante elevada de 5 a 7 la corriente nominal. Los motores pequeños pueden entonces arrancarse directamente de la red mientras que los grandes deben necesariamente emplear un arrancador que pueda ser manual a o automático. Existen diferentes métodos utilizados para limitar la corriente de arranque siendo los más utilizados los siguientes.     

Arranque Arranque Arranque Arranque Arranque

con tensión variable (autotransformador) por transformación estrella- triangulo por arrollamiento del estator dividido por reóstato en serie con el rotor por reóstato en serie con el estator

ARRANQUE CON TENSIÓN VARIABLE (AUTOTRANSFORMADOR) Algunos autores denominan a este método arranque por autotransformador, por el hecho de emplear un autotransformador para regular la tensión aplicada al motor. Se basa igualmente en la disminución de tensión en el instante del arranque, para aumentarla progresivamente una vez que el motor se encuentra en movimiento. Para ello, se conecta el motor a través de un transformador variable o regulador de tensión. En la figura 6 aparecen las curvas teóricas de par y de intensidad en función de la velocidad del motor.

Figura 6. Curvas teóricas con tensión variable Las curvas reales de par y potencia para este tipo de arranque se muestran en la figura 7.a. La limitación de intensidad depende de la tensión inicial utilizada para el arranque y de los valores de tensión utilizados en las distintas etapas. En la figura 7.b se muestra la evolución real de velocidad en el proceso de arranque y parada con el método de variación de tensión.

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Figura 7. Arranque con tensión variable. a) Curvas reales de par y potencia. b) Velocidad. La evolución de intensidad en el proceso de arranque es similar a la que tiene lugar en el arranque estrella-triángulo, aunque con la posibilidad de cambios más suaves. Además se eliminan las perturbaciones provocadas por conmutación. Sin embargo, es preciso disponer de un regulador para la tensión de alimentación, en lugar de un conmutador, lo que supone un coste mayor.

Arranque por transformación estrella- triangulo Se trata de un método de arranque basado en las distintas relaciones de tensión de línea, o compuesta, a la tensión por fase que presentan los acoplamientos trifásicos estrella y triángulo. El método requiere que los motores trifásicos sus seis extremos de fase accesibles. Tal circunstancia se da hoy en día en la generalidad de los motores de jaula de ardilla, siendo la disposición general de la caja de bornes la que esquemáticamente presenta la siguiente figura:

Esta solución no solo permite la utilización del motor con dos tensiones distintas, que estén en la relación de 1 a √3, sino también el arranque del motor normalmente previsto para trabajar con la conexión triángulo a la tensión nominal, con una tensión por fase reducida. A este propósito sabemos que Uc es la tensión compuesta de la red, esta será también la tensión aplicada a cada fase de motor cuando esté trabajando normalmente en triángulo. Si el mismo devanado estuviese conectado en estrella la tensión de fase del motor sería √3 veces inferior. A base pues de un simple cambio de conexión de las fases del devanado estático, tenemos la posibilidad de reducir la tensión aplicada al motor en la puesta en marcha,

VICTOR MANUEL BLAS REYES limitando consecuentemente, al igual que con los métodos anteriores, el golpe de la corriente de arranque. En este simple principio está basado el método de arranque estrellatriángulo. En el momento de arranque el devanado conectado en estrella queda sometido a una tensión por fase igual a U c/√3 y cuando el motor alcanza una cierta velocidad de giro, se conecta en triángulo pasando la tensión de fase a ser igual a Uc. Según esto, el método es equivalente al arranque por autotransformador con una relación de transformación m=√3. La relación entre el par de arranque y el par nominal podemos obtenerla directamente de la fórmula:

Reemplazando la relación de transformación y √3 y la relación a por:

Lo cual nos da para el arranque estrella triángulo:

Valor muy reducido que pone bien de manifiesto que este método solo será aplicable a motores a los cuales se les exija un par de arranque del orden de la mitad del nominal. Tal es el caso del accionamiento de ventiladores, bombas, la mayor parte de máquinas-herramienta, grupos convertidores, transmisiones de arranque en vacío, etc. La corriente de punta de arranque es en estos dos casos aproximadamente el doble de la nominal del motor. Siendo el par de un motor de inducción proporcional al cuadrado de la tensión aplicada a cada fase, la relación entre el par de arranque M a en estrella, el par Ma en triángulo, valdrá:

Relación que conserva su valor cualquiera que sea el deslizamiento nominal del motor. En consecuencia la característica par-deslizamiento del motor conexión estrella se deducirá mediante de la característica nominal conexión triángulo dividiendo cada deslizamiento el valor del par por 3, según muestra la siguiente figura.

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Arranque por arrollamiento del estator dividido El principio de funcionamiento de este método esta indicado en la figura.

El motor tiene dos arrollamientos idénticos conectados en estrella que normalmente funcionan en paralelo. En el arranque, en cambio solo se conecta uno de los arrollamientos. De esta manera la impedancia es mayor y la corriente den arranque se reduce al 65% de la que abría si trabajan los dos arrollamientos en paralelo. El torque se reduce al 45% del torque de arranque normal, por lo que es recomendable este método cuando el arranque se realiza en vació o con cargas livianas. Este sistema resulta conveniente en los motores fabricados para funcionar con dos tenciones diferentes (220/440 volt.) ya que para eso se requiere dos arrollamientos trifásicos que se conectan en serie para la tensión mas alta (440 volt.) y en paralelo para la otra tensión (220 volt.). El circuito automático de la figura funciona de la siguiente manera: Al presionarse el botón de arranque se energiza el or M y el relais de tiempo TR. El or M, cierra sus os y conecta el arrollamiento Y1 a la red. El relais TR cierra su o temporizado TR1, luego de cierto tiempo energizando el o N, que cierra sus os N, conectando el arrollamiento Y2 a la red.

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Arranque por reóstato en serie con el rotor 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.

Arranque por reóstato en serie con el estator Este método de arranque cuyo esquema de principio esta indicado en la figura.

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Consiste en colocar resistencias o reactancias en serie con el motor. Es análogo al método empleado para arrancar motores de corriente continua. La resistencia o reactancia en serie con el motor produce una caída de tensión que reduce la tensión aplicada al motor y por consiguiente se reduce la corriente de arranque. Al tomar velocidad el motor, disminuye la corriente del estator y se reduce la caída del tensión, lo que favorece el arranque. Al adquirir el motor su velocidad de régimen, el reóstato de arranque es eliminado, pues de lo contrario se producirían perdidas por el efecto Joule considerables. Justamente este es uno de los inconvenientes de este método y para remediar se emplea a veces reactancias que tienen el inconveniente de tener un costo mas elevado. En la figura puede verse el esquema de un circuito automático que funciona de la siguiente manera: Al presionar el botón de arranque se energiza el or que cierra sus os S1, conectando al motor a la red a través de las resistencias serie R. También se energiza el relais de tiempo T, que cierra su o instantáneo T1, para mantener su alimentación y luego de cierto tiempo cierra su o temporizado T2. Este energiza el o N, que cierra sus os N1, poniendo en corto circuito la resistencia de arranque.

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FRENADO ELECTRICO Existen dos métodos para frenar eléctricamente un motor de inducción trifásico. Estos métodos son los siguientes:  

Por alimentación del estator con cc. Por inversión del campo giratorio.

Frenado mediante alimentación del estator con c.c. Si se desconecta el motor de la red de corriente alterna y se le alimenta con c.c. obtenida de un rectificador, se produce en el motor un par que trata de oponerse a su movimiento y que por consiguiente lo hace para rápidamente. Este tipo de frenado se denomina, frenado dinámico. En la figura, puede verse un circuito automático para el arranque y el frenado dinámico de un motor trifásico de inducción. El circuito incluye un rectificador tipo puente, los óres M y F de arranque y frenado y el relais de tiempo T. El arranque se realiza en la forma acostumbrada y en este caso se trata de arranque directo. Para le motor existen dos posibilidades. Si se presiona el botón P ligeramente sin que alcance a tocar los os a y b, se desenergiza M y el motor para normalmente sin que actúe el sistema de frenado. Lo mismo pasa si actúa la protección de sobrecarga. En cambio si se presiona a fondo el botón P, se cierran los os a y b, energizándose F y T. entonces pasa lo siguiente: Primero se abren los os M1 desconectándose el motor de la red. Inmediatamente después se cierran los os F1 y F2, quedando el motor alimentado con corriente continua. También se abre el o F3, para proteger contra cualquier posibilidad de que el motor puede ser alimentado con corriente alterna durante el periodo de frenado. Se cierra el o T2, para mantener la alimentación de los relais T y F; se abre T3, como medida de precaución para evitar que pueda actuarse el botón de arranque. Finalmente se abre después de cierto

VICTOR MANUEL BLAS REYES periodo que debe de coincidir con el tiempo de parada del motor. El o temporizado T1, que desconecta T y F, regresando los os en posición normal, para otro arranque del motor.

Frenado por inversión del campo giratorio. El sentido de rotación del campo giratorio puede invertirse fácilmente si se intercambia dos de los tres conductores de alimentación del motor. De esta manera el deslizamiento se hace mayor que 1 y el motor de inducción trabaja como freno. En la figura puede verse un circuito para el arranque y frenado automático de un motor de inducción trifásica. El circuito funciona de la siguiente manera: El arranque se realiza presionando A, con lo que se energiza N, que cierra sus os N1 y abre N2. El motor arranca y al tomar velocidad se cierra el switch P. cuando se para el motor presionando OL se desenergiza N que abre N1 y cierra N2 energizando R, ya que estando el motor en movimiento P esta cerrado. Al energizarse F se cierra los os F1 y el motor queda conectado a la red con los terminales 2 y 3 intercambiados. El motor se frena rápidamente y cuando su velocidad es muy baja se abre el switch P desenerginandoce F que abre los os F1 desconectando al motor de la red, de lo contrario comenzaría a parar en sentido contrario.

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ARRANQUE DEL MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION Motor de inducción de fase partida estándar: El interruptor centrífugo tiene por función desconectar el arrollamiento auxiliar cuando el motor ha llegado al 75%- 80% de su velocidad nominal. Esto es necesario pues de otra manera se dañaría el arrollamiento auxiliar que no esta diseñado para funcionamiento continuo, sino que solamente debe actuar en el arranque para proporcionar al motor un par de arranque.

Motor de inducción de fase partida con un condensador: Este tipo de motor difiere del anterior en que se le a añadido un condensador en serie con el arrollamiento auxiliar. Este condensador sirve

VICTOR MANUEL BLAS REYES para desfasar a 90º las corrientes de los dos arrollamientos, lo que se traduce en un aumento considerable del par de arranque (350% Tn) y en la disminución de la corriente de arranque (4.5 In).

Motor de inducción de fase partida con dos condensadores: Este tipo de motor tiene dos tipos de condensadores, que en el arranque están conectados entre si en paralelo y en serie con el arrollamiento auxiliar. Uno de los condensadores es electrolítico y el otro es del tipo en aceite. Cuando el motor adquiere el 75% de su velocidad nominal se abre el interruptor centrífugo y se desconecta el condensador electrolítico, quedando permanentemente conectado el arrollamiento auxiliar en serie con el condensador en aceite.

Motor de inducción de fase partida con permanente: Este motor utiliza un solo condensador en permanentemente al arrollamiento auxiliar.

un

condensador

aceite

conectado

VICTOR MANUEL BLAS REYES Es en realidad la misma variante anterior que se le a quitado el condensador de arranque. Como consecuencia el par de arranque resulta muy débil, muy inferior al motor de condensador de arranque. Tiene en cambio mejor factor de potencia y mas alta eficiencia.

Motor de inducción de polo sombreado (shaded pole): Este motor difiere de los anteriores ya que no tiene arrollamiento auxiliar. En cambio lleva en los polos de tipo saliente una espira en corto circuito. En esta espira se indica una corriente que produce un campo mnagnetico que se combina con el campo principal para producir un campo resultante que osila de un extremo al otro del polo. Esto es suficiente para poner en movimiento al rotor que luego funciona como cualquier motor de inducción. El par de arranque asi obtenido es bastante bajo y en general la performancia de este motor es pobre, pero ofrece la ventaja de ser mas barato entre todos los motores de potencia fraccionaria Se le puede utilizar en aplicaciones en que no interesa el par de arranque y la eficiencia como por ejemplo para accionar ventiladores.

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CONCLUSIONES Cuando no se necesita una regulación o una simple variación de velocidad, el arranque estrella/triángulo suele ser el procedimiento más común. Si la intensidad de arranque es excesivamente elevada, puede ser interesante contemplar el uso de un arrancador estático. En general, los métodos como el primero, tienen el inconveniente de que los picos de intensidad en las conmutaciones producen interferencias y perturbaciones transitorias en la línea de alimentación, aunque de corta duración. Los métodos de arranque con dispositivos electrónicos, presentan el inconveniente de que las perturbaciones citadas son de mayor envergadura, aunque en algunos casos sólo limitadas al proceso de arranque. Sin embargo, las interferencias pueden hacerse mínimas si se garantiza una adecuada compatibilidad electromagnética (EMC). Los armónicos también pueden minimizarse externamente, aunque en menor medida. BIBLIOGRAFIA [1] Simon Sempere, V. et al., “Determinación en carga de las características mecánicas de accionamientos eléctricos”, Proc. III Jornadas Hispano-Lusas de Ingeniería Eléctrica, Barcelona, pág. 239-246 (1993). [2]. Chapman, S.J., “Máquinas Eléctricas”. Mc- Graw-Hill, Madrid, 1ª ed. (1989).

VICTOR MANUEL BLAS REYES [3] Sanjurjo Navarro, R., “Máquinas Eléctricas”, McGraw-Hill, Madrid, 1ª ed., (1989). [4] Slemon, G. R., “Electric Machines and Drives”, Addison Wesley, USA, 2ª ed., (1992). [5] Bladbjerg, F. y Pedersen, J. K., IEEE on Power Electronics, 3, 567-577 (1997). [6] Kassakian, J.G., Schlecht, M. F. y Verghese, G.C. “Principles of Power Electronics”, Addison Wesley, USA, 2ª ed., (1992).