Motores Trifasicos.pdf

7/16/2019 Motores Trifasicos.pdf

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Motores trifásicos de inducción IIIndice :

1.- Introducción

2.- Arranque directo de la red

3.- Arranque mediante disminución de la tensión en el estator 4.- Arranque por resistencias estatóricas

5.- Arranque por autotransformador (obsoleto)

6.- Arranque estrella-triángulo

7.- Devanado partido (part-winding)

8.- Arrancadores estáticos

9.- Inversión de giro

1.-Introducción

Los motores trifásicos de inducción presentan una intensidad en el momento del arranque del ordende entre 4 y 7 veces la nominal, para motores de jaula sencilla. Esta sobreintensidad decrece

rápidamente conforme el motor adquiere velocidad, hasta estabilizarse en un valor razonable en su

punto de trabajo. No obstante esta “punta de corriente de arranque” provoca caídas de tensión y

perturbaciones en la red que puede afectar a otros receptores. El REBT en la instrucción ITC-BT-

47, obliga a incorporar sistemas adecuados que limiten la intensidad en el arranque.

ITC-BT 47 apdo 6

“ En general, los motores de potencia superior a 0,75 kilovatios (1CV) deben estar provistos de reóstatos de arranque o dispositivos equivalentes que no permitan que larelación de corriente entre el período de arranque y el de marcha normal quecorresponda a su plena carga, según las características del motor que debe indicar su

placa, sea superior a la señalada en el cuadro siguiente :

En Fig. puedes recordar la forma de la curva de intensidad de un motor trifásicoasíncrono y observar en ella la elevada corriente en el punto de arranque,donde la velocidad del rotor es 0 (rpm) y el deslizamiento del 100 %.

http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=15&id_sec=1




















Los sistemas de arranque más habituales para cumplir con el REBT son lossiguientes:

En los siguientes apartados vamos a desarrollar los métodos de arranque másusados, prescindiendo de los que actualmente están casi obsoletos.

Actividad

Un motor de 3,3 CV e intensidad de arranque 4 veces la intensidad de plenacarga, se arranca directamente desde la red. ¿Es correcto?

2.-Arranque directo de la redComo su propio nombre indica, el motor se conecta directamente a la red de sutensión nominal, y con la conexión adecuada para dicha tensión (estrella o



triángulo). En el caso de que su potencia supere 1 (CV), debe de ser un motorcuya relación IA/IN no supere los valores establecidos por el REBT en ITC-BT- 47

(IA: corriente de arranque).

Puedes ver en Fig. el esquema de un arranque directo. Normalmente el

responsable de la conexión entre el motor y la red es un contactor tripolar dela clase AC3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de mando ocontrol, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba es habitual algúndispositivo de corte para aislar el motor de la red; en este caso es unseccionador. Además de aislar el seccionador incorpora fusibles, para laprotección frente a cortocircuitos.

El relé térmico es un dispositivo de protección frente a sobrecargas deintensidad, producidas por pares de carga mayores del nominal que originanque el motor funcione a menos velocidad, más deslizamiento y más intensidadEste dispositivo en el caso de detectar una sobrecarga, desconecta la bobinadel contactor y este a su vez, desconecta el motor de la red. Existen tambiénotras alternativas, como el uso de guardamotores, que protegen frente acortocircuitos y frente a sobrecargas, sustituyendo al seccionador-fusibles y alrelé térmico.

Puedes probar el funcionamiento del automatismo de arranque mediante

pulsadores, en la siguiente animación, cortesía de www.aulaelectrica.es

http://www.aulaelectrica.es/

http://www.aulaelectrica.es/



El circuito de mando para controlar el arranque directo de un motor trifásico,realizando la protección frente a sobrecargas mediante relé térmico, puedesverlo en el siguiente video. La maniobra marcha paro se realiza mediante elcontacto SPST de un termostato.

3.-Arranque mediante disminución de la tensión en el estatorTodos los métodos que vamos a ver en este apartado se basan en disminuir la tensión de

alimentación durante el arranque, con lo cual disminuye el flujo del campo magnético estatórico y

el motor se convierte en un motor más débil. De esta forma se reducen los valores de par y de

intensidad, para los mismos valores de velocidad del rotor.



Puedes observar en la figura como se reduce la intensidad en el arranque(punto de velocidad nula); pero que también disminuye el par, con lo cual estosmétodos pueden no servir ante cargas de elevado par de arranque (cargas alas que cuesta arrancar). Se demuestra matemáticamente que las variacionesdel par y de la intensidad con la tensión, en el arranque son

donde:

V: tensión inferior a la nominal.

VN: tensión nominal.

MA: par de arranque a la tensión V.

MAN: par de arranque la tensión nominal.

IA: corriente de arranque a la tensión V.

IAN: corriente de arranque la tensión nominal.

Estas ecuaciones quieren decir que la IA disminuye de igual forma que la

tensión y MA lo hace de forma cuadrática. Por ejemplo si la tensión se reduce lamitad tenemos:

Por tanto si la tensión disminuye la mitad, IA disminuye la mitad y MA la cuarta

parte.

Los métodos de arranque que usan este sistema son:

• Arranque por resistencias rotóricas

• Arranque por autotransformador.

• Arranque estrella-triángulo (con matices)

• Arrancadores estáticos.

Actividad

Si un método de arranque por disminución de tensión la reduce en un 75 %,

¿cuánto disminuyen en porcentaje el par y la corriente de arranque respecto asus valores a tensión nominal?



4.-Arranque por resistencias estatóricas

Si en el momento del arranque conectamos en serie resistencias, estas producirán una caída de

tensión que consigue que la tensión del motor sea inferior a la nominal. Una vez que este se acerca

a la velocidad de funcionamiento, las resistencias se cortocircuitan y el motor queda alimentado a

tensión nominal. La secuencia de funcionamiento es la siguiente:

1. Se cierra el contactor KM1, quedando el motor a tensión nominal.

2. Tras un tiempo prefijado, se cierra KM2 cortocircuitando las resistencias.

Ventajas

Muy sencillo y barato.

Desventajas

El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válido



ante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy está casi obsoleto.

5.-Arranque por autotransformador (obsoleto)

En este método la reducción de tensión se realiza mediante un autotransformador. Normalmente

durante el proceso de arranque el número de espiras del secundario no se varía, luego la relación de

transformación (r t) es constante, aunque puede regularse de cara a un siguiente arranque en función

del par resistente de la carga.



La secuencia de funcionamiento es la siguiente :

1. Se cierra KM1 y KM2, haciéndose la estrella en el secundario delautotrafo y alimentándose el motor a la tensión del secundario (punto 1).El punto de funcionamiento evoluciona desde 1 hacia 2.

2. Tras un tiempo prefijado, se abre KM2 y se cierra KM3 de forma casisimultánea, conectando el motor a su tensión nominal. El motor pasa delpunto 2 al 3.

3. Finalmente se estabiliza en el punto de funcionamiento (4) a su tensión nominal.



Ventajas

Automatismo muy sencillo.

Desventajas

El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válidoante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy se utiliza poco.

Es más caro debido al precio del autotransformador.

Actividad

Si un autotrafo de tensiones 400/230 (V) se utiliza para arrancar un motorasíncrono, ¿cuánto se reducen la corriente y el par de arranque?

6.-Arranque estrella-triánguloEste arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en

triángulo. De esta forma durante el arranque los devanados del estator están a una tensión

veces inferior a la nominal. Supongamos que tenemos un motor de 400/230 y una red de 230 (V).

El motor debe sobre esta red, de conectarse en triángulo y sus devanados soportan 230 (V). Fíjate

en Fig. donde podemos ver que su corriente de arranque es 15 (A), si se arranca de forma directa en

triángulo sobre 230 (V). Pero ¿qué pasa si lo conecto en estrella en la red de 230 (V) y procedemos

al arranque? ¿Cuál será su corriente de arranque?

Según la figura en conexión estrella sobre una red de 230(V) cadadevanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo giratorio demenos inducción, el motor es débil y la curva de par presenta valores másbajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que el par de arranque sereduce un tercio.

Respecto a la corriente de arranque esta también se reduce un tercio;recuerda uno de los “dogmas” del trifásico que estudiaste:



“tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente delínea que en estrella, a la misma tensión de red”. La tensión de la red esla misma se arranque el motor en estrella-triángulo o directamente entriángulo, con lo que en estrella la IA es tres veces más pequeña.

La secuencia de funcionamiento es la siguiente :

1. Se cierra KM1 y KM2 conectándose el motor en estrella y arrancando con

los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que KM2 cortocircuita X- Y-Z). A continuación la velocidad va aumentando y el punto defuncionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2.

2. Transcurrido un pequeño tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 ysimultáneamente se cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, V-X, W-Y) con locual el motor se conecta en triángulo (salto del punto 2 al 3). Observa elFig. x que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puenteslos realizan los contactores (KM2 para la estrella y KM3 para el triángulo).

3. Finalmente el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, dondeel motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par

de carga.



Ventajas

Automatismo muy sencillo y barato, se utiliza mucho.

Menor reducción de par que los métodos anteriores, para la mismalimitación de IA. En la tabla X puedes ver una comparación en el caso de

que los arranques mediante resistencias y autotrafo se regulen para

limitar la IA en .



Método de arranque->

Resistenciasestatóricas

Autotransformador Estrella-triángulo

Reducción corriente dearranque Regulado a Regulado a

Reducción par dearranque

Desventajas

El par y la corriente de arranque disminuyen siempre en , sin

posibilidad de regulación. Debe utilizarse solo ante cargas de bajo par de arranque.

No siempre es posible ejecutarlo porque debemos disponer de una redcuya tensión coincida con la tensión nominal más baja del motor. Para unmotor de 400/230 (V), el arranque Y-∆ debe realizarse sobre una red de230 (V), casi obsoleta hoy en día. Necesitaríamos un motor de 690/400(V).

Actividad

Un motor presenta las siguientes características y se arranca en estrella-triángulo.

400/690 V 5,6/3,2 A 50 Hz 1450 rpm

cosϕ=0.82 3,5 CV 4 polos IA=6IN

1. ¿Qué tensión debe de tener la red trifásica de alimentación y por qué?2. ¿Cuál es la punta de intensidad en el arranque?

8.-Arrancadores estáticos

El término estático designa a todo aquello construido a base de electrónica de potencia, por tanto

podríamos también llamarlos “arrancadores electrónicos”. Se basan también en la disminución del

valor eficaz de la tensión que alimenta al motor, al igual que en los métodos vistos. Sin embargo,

esta reducción de tensión eficaz la realizan troceando la onda senoidal y no disminuyendo suamplitud.



Por tanto estos arrancadores llamados también “choppers” trocean la ondasenoidal y consiguen alimentar el motor a la tensión adecuada. Además suscircuitos de regulación calculan cual es la evolución apropiada de la tensiónpara realizar arranques suaves en función del par resistente de la carga.

Ventajas Arranques suaves con aceleración programable por el usuario.

Los precios de la electrónica de potencia bajaron esta última década, conlo cual su compra es asequible.

Desventajas

Aunque los arrancadores no son caros, el arranque estrella-triángulo esmucho más barato y en algunas casos suficientemente efectivo.

Están siendo eclipsados por los variadores de frecuencia (ver variación develocidad).



9.-Inversión de giro

Para invertir el giro del motor habrá que invertir el giro del campo magnético creado por el estator;

de esta forma el rotor tenderá a seguirlo y girará en sentido contrario. Para conseguirlo, basta con

invertir un par de fases cualesquiera de la línea trifásica de alimentación al motor, lo que en la

práctica se realiza con dos contactores de conexión a red.

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