RESUMEN

La siguiente investigación tiene como objetivo analizar el funcionamiento de un arranque de motor para lo cual 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.

INTRODUCCIÓN

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.

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.

El presente trabajo expone la variedad de tipos de motores

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.

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.

ARRANQUE DE MOTORES MONOFÁSICOS DE 3HP

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.

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

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.

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.

d) CONTACTOR El contactor dispone de dos devanados; el de activación y el de retención.

-Devanado de activación:

Cierra el circuito con la escobilla negativa y entra en acción cuando recibe corriente por 50 (III posición llave de arranque, posición de arranque). Este devanado hace que el piñón se desplace y engrane con la corona dentada del volante de inercia, además de permitir el paso de corriente del terminal 30 (corriente directa de batería) hacia el motor eléctrico de corriente continua.

-Devanado de retención.

Cuando por 30 entra corriente hacia el motor eléctrico, el devanado de activación queda cortocircuitado. El devanado de retención, con su masa en la carcasa del contactor, no se queda cortocircuitado y mantiene el piñón de ataque fuera durante el proceso de arranque mientras el conductor mantiene la llave de contacto en la posición número III.

Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo dichos contactos.

Aspecto físico:

Partes de que está compuesto:

Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia.

Contactos auxiliares: 13-14 (NO) Se emplean en el circuito de mando

o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad que los principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto.

Circuito electromagnético: Consta de tres partes:

1.- El núcleo, en forma de E. Parte fija. 2.- La bobina: A1-A2. 3.- La armadura. Parte móvil.

Símbolo:

Elección del Contactor: Cuando se va a elegir un Contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente:

Tensión de alimentación de la bobina: Esta puede ser continua o alterna, siendo esta última la más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V o 220 V.

Número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un Contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro.

Corriente que consume el motor de forma permanente (corriente de servicio).

Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas características de los Contactores en función del modelo.

Contactos auxiliares: Para poder disponer de más contactos auxiliares y según el modelo de contactor, se le puede acoplar a este una cámara de contactos auxiliares o módulos independientes, normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC).

A continuación podemos observar un Contactor con sus contactos auxiliares ya montados:

Marcado de bornes:

• Bobina: se marca con A1 y A2. • Contactos auxiliares: Como ya hemos nombrado, existen contactos normalmente abiertos (NO) o (NA) y normalmente cerrados (NC).

- Contactos NO.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 3 y 4. Ejemplos: 13-14, 23-24, 33-34. - Contactos NC.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 1 y 2. Ejemplos: 11-12, 21-22, 31-32. - Contactos principales: Se marcan con los siguientes números o letras: 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3.

• El Contactor se denomina con las letras KM seguidas de un número.

• Relé Térmico: Los bornes principales se marcarán como los contactos principales del contactor, 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos auxiliares serán, 95-96 contacto cerrado y 97-98 contacto abierto.

EL RELÉ DE SOBRECARGA TÉRMICO

Es un mecanismo que sirve como elemento de protección del motor.

Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo corto, a la permitida por este, evitando que el bobinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres láminas bimetálicas con sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé.

La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor magnetotérmico.

Se debe regular (tornillo 7), a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo.

Esta intensidad deberá venir indicada en la placa de características del motor. Símbolo:

Elección del Relé Térmico: Para la elección de este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé.

ARRANQUE DE MOTORES MONOFÁSICOS DE 3HP

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.

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

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.