ARRANCADORESPARA

MOTORES DE INDUCCION Y

MOTORES SINCRÓNICOS

La función de un DRIVE de C. A. es arrancar el motor y controlar su velocidad.

El arranque en motores de inducción se debe realizar de tal manera que no provoque perturbaciones en el alimentador (caídas de voltaje) que hagan funcionar mal a otros equipos conectados al mismo alimentador.

Para no provocar caídas de voltaje excesivas se debe limitar la corriente de arranque, pero cuidando que no se afecte al arranque del motor.

En muchas ocasiones no se necesita un DRIVE y se puede usar un arrancador que limite la corriente de arranque.

Existen varios mecanismos que se pueden implementar para reducir la corriente que el motor toma en el arranque:

a.- Insertar impedancias en serie en las líneas del motor.

b.-Usar un transformador o auto-transformador para reducir el voltaje aplicado al motor.

c.- En motores diseñados para que sus embobinados operen conectados en DELTA se puede implementar un arranque con los embobinados inicialmente conectados en ESTRELLA y luego cambiar a DELTA.

d.- En motores de rotor devanado se puede arrancar con resistencias en serie con el rotor.

Para comprender como se afecta al motor al implementar estas técnicas de arranque se debe entender como afectan a la característica del motor, en particular a la característica corriente del estator versus velocidad y par del motor versus velocidad .

Lo anterior se puede determinar mediante el análisis del circuito equivalente del motor.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR DE INDUCCIÓN

Rs ES LA RESISTENCIA DE LA BOBINA DEL ESTATOR

Xs ES LA REACTANCIA DE DISPERSIÓN DE LA BOBINA DEL ESTATOR

Rr ES LA RESISTENCIA DEL EMBOBINADO DEL ROTOR REFERIDA AL ESTATOR

Xr ES LA REACTANCIA DE DISPERSION DEL EMBOBINADO DEL ROTOR REFERIDA AL ESTATOR

XM ES LA REACTANCIA DE MAGNETIZACIÓN DEL MOTOR

R s jX s jX r

R r/s

jX mVLN

CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN s

ms

s

www

s

Pf4

w

El circuito equivalente se puede desglosar para separar la potencia en el rotor en dos partes: las pérdidas de cobre en el rotor y la potencia convertida de eléctrica a mecánica.Psu =3 Rs I1

2 = Pérdidas de cobre en el estator

Pru=3 Rr Ir2 = Pérdidas de cobre en el rotor

Pd =3 Rr (1-s)/s Ir2 = Potencia convertida ( eléctrica a

mecánica)

R s jX s jX r R r

jX mVLN

CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN

R r(1-s)/sIs Ir

Im

onalesperdrotaciP 2rrsalida I

ss)(1

3RP

Pg =3 Rr /s Ir2 = Potencia que cruza del estator al rotor

Pentrada = 3 VLN Is Cos <VnlIs

EficienciaPsalida/Pentrada

La impedancia del motor se puede obtener de:

scualquier ParajXjX

sR

))(jXjXs

R(

jXRZ

mrr

mrr

ssm

1sarranque ParajXjXR

))(jXjX(RjXRZ

mrr

mrrssarr

m

marr

LNsarr

m

LNs Z

VI

ZV

I

s

g

m

dd w

P

wP

internoPar T

Una vez calculada la potencia convertida se puede calcular el par interno

También se puede calcular el par de salida

m

salidasalida w

PT

Si este proceso se realiza en forma repetitiva para diferentes valores de Wm se pueden obtener características de corriente de estator (Is) y Par interno contra velocidad

Par interno de Motor a voltaje nominal

-7-6-5-4-3-2-1012345

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

T/TnominalPar a voltaje nominal

Zona de Frenado

Zona de operación como Motor

Zona de operación como de Generador

Se han normalizado tanto el par como la velocidad

Corriente normalizada del Motor

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

Is/Inominal

Corriente del estator a voltaje nominal

Si no se conocen los parámetros del circuito equivalente se puede determinar la impedancia del motor en el arranque con la letra de código y el factor de potencia en el arranque. La letra de código indica los KVA de rotor bloqueado por caballo de salida.

KVA de rotor bloqueado = Rango de tabla * HP de motor

nominalnominales

bloqueadorotor deNarranqueaV I

KVA

KVA I

arr1-

marrNarranqueaV

LNmarr f.p. Cos ;

IVN

Z

LETRA DE

CODIGO

RANGO DE: KVA DE ROTOR BLOQUEADO POR HP

LETRA DE

CODIGO

RANGO DE: KVA DE ROTOR BLOQUEADO POR HP

A 0.00 A 3,14 L 9.00 A 9.99

B 3.15 A 3.54 M 10.00 A 11.19

C 3.55 A 3.99 N 11.20 A 12.49

D 4.00 A 4.49 P 12.5 A 13.99

E 4.50 A 4.99 R 14.0 A 15.99

F 5.00 A 5.59 S 16.0 A 17.99

G 5.60 A 6.29 T 18.0 A 19.99

H 6.30 A 7.09 U 20.00 A 22.39

J 7.10 A 7.99 V 22.4 Y MAYOR

K 8.00 A 8.99

T1

T2

T3

INDUCTIONMOTOR

L1

L2

L3

SR

Z

SR

Z

SR

Z

Se inicia el arranque cerrando los contactos S, y después de un atraso de tiempo se cierran los contactos R y luego se pueden abrir los contactos S

ARRANQUE CON IMPEDANCIA EN SERIE

LNSARRVN

marr

VNI =

Z

LNSARRZE

marr

VNI =

Z eZ

Si el motor se conecta directamente al voltaje nominal se obtiene:

Si se conecta el motor con impedancia en serie se obtiene:

ZmarrVN LN

ISARRVN

ZmarrVN LN

ISARRZE

Ze

Se puede usar una impedancia externa, tanto usando resistencia como reactancia. Dependiendo de las características del alimentador puede convenir mas usar una que la otra.

La impedancia del motor en el arranque se puede separar en parte real y parte reactiva.

Rmarr = Zmarr f.p.arr Xmarr = Zmarr * Sen (Cos-1 f.p.arr )

marredeseada arranque

LNtotal ZZ

IVN

Z

2marre

2marretotal )X(X)R(RZ

Si se desea agregar REACTANCIA en serie (Re=0)

marr2marr

2totale XRZX

marr2marr

2totale RXZ R

Si se desea agregar RESISTENCIA en serie (Xe=0)

Corriente de Motor con Impedancia serie con estator

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

Is/Inominal

Corriente a voltaje nominal Corriente con Re Corriente con Xe

LOS VALORES DE RE Y XE SE SELECCIONARON PARA REDUCIR LA CORRIENTE DE ARRANQUE A LA MITAD

Par de Motor con Impedancia serie con estator

-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1012345

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

T/Tnominal

Par a voltaje nominal Par con Re Par con Xe

Con impedancia en serie si la corriente de arranque se reduce a la mitad el par de arranque se reduce a una cuarta parte.

La caída de voltaje en alimentadores depende de la impedancia del alimentador y de la corriente que circula por el mismo.

A bajos voltajes el efecto resistivo es importante.

A altos voltajes predomina el efecto inductivo.

V= Z I = (r + j x) (Iw +Ivar)donde: Iw es la parte de la corriente que suministra potencia promedioIvar es la parte de la corriente correspondiente a la potenciareactiva. Ing. Javier Rodríguez Bailey

Caída de voltaje en alimentadores

Ing. Javier Rodríguez Bailey

Iw

Ivar

V

VsVL

En este caso la corriente Iw provoca una caída en fase con el voltaje de la fuente, y la corriente Ivar no altera significativamente la magnitud del voltaje en la carga, solo altera su ángulo de fase.

r Iw

r Ivar

Caso de alimentador resistivo

Iw

V

En este caso lo corriente Ivar produce la caída que se resta en fase con el voltaje de la fuente y la corriente Iw no modifica en forma predominante la magnitud de voltaje de la carga, solo cambia el defasamiento.

Ivar

VL

Vs

V

jx Ivar

jx Iw

Ing. Javier Rodríguez Bailey

Caso de alimentador inductivo

T1

T2

T3

INDUCTIONMOTOR

L1

L2

L3

R

R

R

SS

S

S

80%

65%

50%

50%

65%

80%

ARRANQUE CON AUTO-TRANSFORMADOR

Se inicia el arranque cerrando los contactos S, y después de un atraso de tiempo se ABREN los contactos S y luego se CIERRAN los contactos R (Transición en circuito abierto)

ZmarrVN LN

IM ARRVR1:a

aVN LN

+

+

--

IA ARRVR LNARRVR

marr

aVNIM =

Z2

LNARRVR

marr

a VNIA =

Z

La corriente en el motor se reduce en la misma proporción que se reduce el voltaje (a)

La corriente en el alimentador se reduce en proporción al cuadrado de la reducción del voltaje (a2)

Corriente de Motor a diferentes voltajes

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

Is/Inominal

Corriente a voltaje nominal Corriente a mitad de voltaje nominal

Par de Motor a diferentes voltajes

-7-6-5-4-3-2-1012345

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

T/Tnominal

Par a voltaje nominal Par a mitad de voltaje nominal

Con auto-transformador si la corriente en el alimentador se reduce a la mitad, el par de arranque también se reduce a la mitad.

ARRANQUE EN ESTRELLA OPERACIÓN EN DELTA

ARRANQUE EN DELTA ARRANQUE EN ESTRELLA

IBARR

VLL

A

B

C

ZDZD

ZD

BARRI3

ZD

ZDZD

3

IBARR

VsC = Vm Sin (wt+120°)

IscSCR5

SCR2

I5

I2

ig5

ig2

Ic

VsB = Vm Sin (wt-120°)

IsbSCR3

SCR6

I3

I6

ig3

ig6

Ib

VsA = Vm Sin wt

IsaSCR1

SCR4

I1

I4

ig1

ig4

Ia

A

B

C

N

a

b

c

T1

T2

T3

MOTOR DEINDUCCIÓN

SOFT START PARA MOTORES DE INDUCCION

1A

1A

2A

2A

R1

R2

R3

T1

T2

T3L3

L2

L1

M

M

M

ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR EN MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO

SE INICIA EL ARRANQUE CERRANDO LOS CONTACTOS M, EL MOTOR INICIA SU ARRANQUE CON TODAS LAS RESISTENCIAS EN SERIE CON EL ROTOR, DESPUES DE UN TIEMPO SE CIERRAN LOS CONTACTOS 1A QUE PONEN EN CORTO PARTE DE LAS RESISTENCIAS Y POSTERIORMENTE SE CIERRA EL CONTACTO 2A QUE PONE EN CORTO TODAS LAS RESISTENCIAS DEL ROTOR

Corriente de Motor con resistencias externas en serie con rotor

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

Is/Inominal

Corriente con Rrotorext=0 Corriente con Rrotorext=2 Rr

Corriente con Rrotorext=5 Rr

Los puntos de las características de corriente y par se mueven a la izquierda. Un punto que ocurría con un deslizamiento S1, al triplicar la resistencia ahora se obtiene con un deslizamiento de 3 S1

ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR

Par de Motor con resistencias en serie con rotor

-7-6-5-4-3-2-1012345

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Wrotor/Ws

T/Tnominal

Par con Rrotorext=0 Par con Rrotorext=2 Rr

Par con Rrotorext=5 Rr

Los puntos de las características par se mueven a la izquierda. Un punto que ocurría con un deslizamiento S1, al triplicar la resistencia ahora se obtiene con un deslizamiento de 3 S1