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motores trifasicos
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AUTOMATISMOS INDUSTRIALES
Arranque de motores trifsicos
Introduccin (I)
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Introduccin (II)
En el motor de jaula de ardilla, el giro motor se produce por la interaccin entre el campo magntico del estator (giratorio) y el inducido en los bobinados de rotor (espiras en cortocircuito).Se conocen como motores asncronos, ya que la velocidad de sincronismo no se alcanza nunca.
f: frecuencia de redp: n de pares de polos
.m.p.rpf.60ns =
Par motor, resistente y motriz
El par resistente aumenta con la velocidad.Cuando se igualan Mr y Mm la velocidad se mantiene constante.
Si Mr > Mm deceleraSi Mr < Mm acelera
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Par/velocidad de un motor trifsico
3 Par de arranque2 Par de enganche1 Par mximoN Par nominal
Para el que se disea el motor
O Par en vacoVence la resistencia del propio motorPotencia til nula
nn Velocidad nominalno Velocidad de vacons Velocidad de sincronismo
Intensidad/velocidad
La intensidad del motor es una caracterstica del mismo.Se mide como la I de lnea, independientemente de la conexin interna del motor.
Ej: 220/380V 52/30A
Mm Par motorMr Par resistente
Ia Intensidad de arranqueIn Intensidad nominal
Ma Par de arranqueMn Par nominal
nn Velocidad nominal
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Otros parmetros del motorDeslizamiento
ns: velocidad de sincronismon: velocidad del motor
Deslizamiento relativo
Potencia til y rendimiento de un motor
En vaco la potencia til es nula
Se define la potencia nominal Pn como la Pu a la velocidad nominal, consumiendo por tanto In.
El rendimiento de un motor (como caracterstica) se define para su velocidad nominal.
en cualquier otro caso
nnS s =
100xnnnS
s
sr
=
= cos.I.U.3P LLabsorbida
0)n(P oU =
nnU P)n(P =
absorbida
n
PP
=absorbida
U
PP
=
Reglamento electrotcnico de baja tensin
La instruccin MI BT 034 del REBT marca la mxima intensidad que un motor de C.A. Puede absorber en el arranque.
Motores entre 075 y 15 Kw hasta 45 InMotores entre 15 y 5 Kw hasta 3 InMotores entre 5 y 15 Kw hasta 2 InMotores de ms de 15 Kw hasta 15 In
Las compaas elctricas pueden prescindir de estos lmites siempre que no se perturbe la lnea.El mtodo de arranque de un motor depender por tanto de:
La Ia/InLas caractersticas de la red (sobredimensionado, transformadores, etc).La reglamentacin de las compaas
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Arranque directoSe realiza en un solo tiempoEl estator se acopla directamente al redLa corriente inicial es de 4 a 8 veces la nominal. Se considera para clculos Ia=6.InSolo se utiliza con motores de pequea y mediana potencia y si la red lo permite.El par de arranque Ma 15 MnEl par mximo se alcanza aproximadamente al 80 % de la velocidad nominal.No se recomienda en montacargas ni en cintas transportadoras por el par de arranque.El motor solo necesita tres bornes U V W. La conexin interna depender de la tensin de la lnea.Para el giro a derechas se conectan:
L1 - UL2 - VL3 - W
Para el cambio de giro, se intercambian dos.
Arranque directo
LeyendaQS1: Seccionador fusibleS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador de marchaFR1: Rel trmicoK1M: Contactor principalM1: Motor trifsico
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Arranque directo con inversin de giroCircuito de potencia
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor giro a dcha.K2M: Contactor giro a izq.M1: Motor trifsico
L1-U1K1M L2-V1(Derecha) L3-W1
L1-W1K2M L2-V1(Izquierda) L3-U1
Arranque directo con inversin de giroCircuito de mando
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3B: Pulsador marcha a dcha.S4B: Pulsador marcha a izq.K1M: Contactor de giro dcha.K2M: Contactor de giro izq.
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Tipos de arranque a tensin reducidaEstrella tringulo
El motor se arranca en dos fases reduciendo la tensin de los bobinadosLa corriente de arranque se reduce a 2 veces In
Estrella Tringulo/Resistencias TringuloAade al arranque estrella-tringulo un paso intermedio haciendo una conexin en tringulo, con una resistencia en serie con los bobinados de cada fase.
Mediante autotransformadorEl motor arranca en dos o ms etapas o de manera continua a travs de un autotransformador.
Mediante resistencias estatricasSimilar al arranque con autotransformador, el motor se conecta en dos o ms etapas conectando una resistencia en serie con cada bobinado del esttor.
Mediante resistencias rotricasRequiere un motor de rotor bobinado (ms caro)Intercalando resistencias con el rotor, se puede desplazar el par mximo a velocidades bajas.
Arrancadores estticos (electrnicos)La tensin aplicada al motor se controla variando el ngulo de disparo de unos SCR conectados en serie con cada bobinado del estator
Efecto del arranque a tensin reducida
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Arranque Estrella tringulo
Es necesario disponer de un motor con los 6 bornes (2 por bobina) El motor arranca en estrella
La tensin de los bobinados se reduce en al 57%El par se reduce al 33%La corriente de arranque se reduce a 2 veces In
Al alcanzar la mxima velocidad, el motor se desconecta momentneamente y a continuacin se conecta en tringulo para alcanzar la velocidad de rgimen
Durante la desconexin de puede producir una pequea prdida de par y un pico de corriente
Es el arranque ms utilizado por su sencillez, precio y prestaciones.
Variacin M/n e I/n en el arranque -
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 17
Arranque estrella-tringuloCircuito de potencia
L1-U1K1M L2-V1(Comn) L3-W1
K2M U2-V2-W2(Estrella)
L1-W2K3M L2-U2(Tringulo) L3-V2
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conex. estrellaK3M: Contactor conex. tringuloM1: Motor trifsico
Arranque estrella-tringuloCircuito de mando
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador de marchaK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conex. estrellaK3M: Contactor conex. tringuloK4T: Rel temporizado
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 19
Arranque estrella-tringulo con inversin de giro Circuito de potencia (versin simplificada)
L1-U1K1M L2-V1(Derecha) L3-W1
L1-W1K2M L2-V1(Izquierda) L3-U1
K3M U2-V2-W2(Estrella)
U1-W2K4M V1-U2(Tringulo) W1-V2
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lnea dcha.K2M: Contactor de lnea izq.K3M: Contactor conexin estrellaK4M: Contactor conexin tringuloM1: Motor trifsico
Arranque estrella-tringulo con inversin de giro Circuito de mando
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3B: Pulsador marcha a dcha.S4B: Pulsador marcha a izq.K1M: Contactor de lnea dcha.K2M: Contactor de lnea izq.K3M: Contactor conex. estrellaK4M: Contactor conex. tringuloK5T: Rel temporizado
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Arranque Estrella Tringulo/Resistencias Tringulo
Similar al arranque estrella-tringulo, aade un paso intermedio haciendo una conexin en tringulo, con una resistencia en serie con el bobinado de cada fase.Minimiza los transitorios en el paso de estrella a tringuloSe pueden realizar diversas variantes dependiendo del circuito de mando
Con y sin corte de alimentacin entre pasosCon y sin temporizacin entre R y
Arranque estrella-R/tringulo-tringuloCircuito de potencia
L1-U1K1M L2-V1(Lnea) L3-W1
K2M U2-V2-W2(Estrella)
L1-R1K3M L2-R2(Resistenc.) L3-R3
L1-W2K4M L2-U2(Tringulo) L3-V2
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conexin estrellaK3M: Contactor resistenciasK4M: Contactor conexin tringuloM1: Motor trifsico
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Arranque estrella-R/tringulo-tringuloCircuito de mando
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conexin estrellaK3M: Contactor resistenciasK4M: Contactor conexin tringuloK5T: Rel temporizado
Arranque mediante resistencias estatricas
Colocando resistencias en serie con el estator, se puede elegir la tensin de arranque y por tanto la intensidad de arranque.El motor arranca en dos o ms etapas, conectando una resistencia en serie con cada bobina del esttor.
El valor de la resistencia se reduce en cada etapaCada etapa necesita un contactor enclavado y una temporizacin
VentajasArranque configurable. Se puede elegir la IaArranque suave. La velocidad aumenta a tramosLa alimentacin es continua. No hay cortes
InconvenientesEs caro
Un mtodo econmico es utilizar resistencias lquidas (cubos de carbonato de sodio)
El par de arranque es pequeoEs un mtodo ineficaz y con gran prdida calrica
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A. mediante resistencias estatricas (I)
A. mediante resistencias estatricas (II)
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Arranque con resistencias estatricasCircuito de potencia para 2 etapas
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de arranque (1 etapa)K2M: Contactor de rgimen (2 etapa)R: Grupo de resistencias de arranque
M1: Motor trifsico
Arranque con resistencias estatricasCircuito de mando para 2 etapas
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor de arranque (1 etapa)K2M: Contactor de rgimen (2 etapa)K3T: Contactor temporizado
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
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Arranque mediante autotransformador
Se intercala un autotransformador en la lnea. Variando la relacin de transformacin podemos elegir la corriente o el par de arranque necesarioEl motor arranca en dos o ms etapas, incluso de manera continua, utilizando un autotransformador variable Cada etapa necesita un contactor enclavado y una temporizacinVentajas
Arranque suave y configurableLa alimentacin puede ser continua o noEl par de arranque no queda muy penalizado
InconvenientesEs caro. El autotransformador se fabrica bajo pedido
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 30
Arranque mediante autransformadorCircuito de potencia para 2 etapas
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor estrella TRF (1 etapa)K2M: Contactor de arranque (1 etapa)K3M: Contactor de rgimen (2 etapa)T1: Autotransformador trifsico
M1: Motor trifsico
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 31
Arranque mediante autransformadorCircuito de mando para 2 etapas. Conmutacin cerrada
LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor estrella TRF (1 etapa)K2M: Contactor de arranque (1 etapa)K3M: Contactor de rgimen (2 etapa)K4T: Contactor temporizado
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 32
Arranque mediante resistencias rotricas
En el motor de jaula de ardilla, el par mximo se alcanza aproximadamente al 80% de la velocidad nominal (nn)En un motor de rotor bobinado se puede desplazar el par mximo a velocidades bajas, intercalando resistencias en serie con el rotor.Utilizando varios grupos de resistencias, se puede conseguir un arranque suave con un par elevado durante todo el periodo de arranque.La intensidad, y por tanto el consumo, se mantiene moderada durante el periodo de arranque.El motor de rotor bobinado es ms caro. Se utiliza cuando hace falta arrancar suavemente con una carga elevada.
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 33
Motor de anillos rozantes
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 34
Arranque mediante resistencias rotricas
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 35
Arranque mediante resistencias rotricasCircuito de potencia para 3 etapas
LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor estatorK2M: Contactor 2 etapaK3M: Contactor 3 etapa (rgimen)R1: Grupo resistencias 1 etapaR2: Grupo resistencias 2 etapaM1: Motor trifsico
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 36
Arrancadores estticos (electrnicos)
Son dispositivos semiconductores que se intercalan entre la red y el motor.Utiliza pares de SCR (tiristores) montados en antiparalelo en serie con cada una de las fases del motor.La tensin aplicada al motor se controla variando el ngulo de disparo de los SCR (control de fase).Durante el arranque el motor se alimenta con una tensin reducida no senoidal.
Se mantiene constante la intensidad en 2 3 veces la nominalSe mantiene el par un poco por encima del par resitente
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 37
Principios del control de fase
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 38
Arrancador esttico por control de fase
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 39
Arranque por rampa de tensin (I)
El arranque por rampa de tensin es un mtodo de arranque que aplica al motor un incremento de tensin constante.En el ejemplo, la tensin de salida del arrancador vara de 0 a 100% en cuatro segundos.
Existe un retraso entre el inicio de la rampa de arranque y el giro del motor.El tiempo de la rampa es ajustable por el usuario.
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 40
Arranque por rampa de tensin (II)
Normalmente se aplica un nivel de tensin de Arranque, ajustado por el usuario. Esto asegura que el motor empiece a girar inmediatamente y sin agarre.
La rampa se inicia con un nivel preseleccionado y a partir de ah, aumenta con un incremento constante.En el ejemplo, el nivel start volt se ha situado en el 40% de la tensin nominal.
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 41
Arranque con lmite de corriente (I)
El Arranque con Lmite de Corriente es un mtodo de arranque que slo est disponible en los Arrancadores de Tensin Reducida con monitoreo de corriente de salida (microprocesador con mayor capacidad de clculo).
La mxima corriente de arranque requerida es preseleccionada por el usuario.En el arranque, la tensin de salida aumentar con el valor de rampa seleccionado hasta que la corriente del motor alcance el nivel mximo.La rampa de tensin de salida es automticamente ajustada para mantener la corriente de arranque a este nivel o por debajo de l.
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 42
Arranque con lmite de corriente (II)
En la primera figura se ha ajustado un lmite de corriente del 400%.
La carga se acelera hasta la velocidad nominar de forma correcta.
En la segunda figura, el lmite de corriente se ha ajustado al 200% de la In.
En un punto del ciclo de arranque, el par requerido por la carga (resistente) excede el par disponible en el motor.El motor entrar en un atascamiento y no acelerar ms all de este punto, hasta que la tensin de salida aumente lo suficiente.El motor continuar absorbiendo el doble de la corriente nominal.El motor se sobrecalentar muy rpidamente, ya que tendr un enfriamiento reducido por su velocidad reducida.
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 43
Ajustes estndar (I)LMITE DE CORRIENTE (Current Limit)
Permite el ajuste de la mxima corriente de arranque del motor.Si se selecciona un valor muy bajo, el motor no tendr fuerza en el arranque. El valor mnimo depende de las caractersticas de arranque del motor y de la carga. Puede requerirse de algo de experiencia para encontrar el valor ptimo.Un valor bajo puede conducir a arranques errticos cuando vara la carga.Si no es necesario limitar la corriente de arranque, se debe dejar al mximo.
TENSIN DE ARRANQUE (Start volts)Este ajuste permite el control sobre el par de arranque inicial del motor.Con l se consigue dar una caracterstica de arranque adecuada, sin ningn retraso significativo desde el instante de arranque requerido hasta que el motor empieza a rotar.
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
trifsicos 44
Ajustes estndar (II)
TIEMPO DE ACELERACION (Ramp Up Time)Controla el incremento del nivel de la tensin del motor. Este valor dice como de rpido el motor llegar a la velocidad nominal.La funcin de limite de corriente puede anular el ajuste de TIEMPO DE ACELERACION. Si el arranque se va a controlar totalmente mediante el limite la corriente, el TIEMPO DE ACELERACIONdebera ser ajustado al ms rpido.Normalmente se ajusta en funcin de la carga.
Carga liviana:Una rpida aceleracin provocar el mnimo retardo en alcanzar lavelocidad pero tambin una alta corriente de arranque.Una aceleracin lenta puede usarse para reducir la corriente de arranque.
Carga pesada:La aceleracin debe elegirse de manera que logre un arranque suave.El ptimo ajuste es normalmente el ms rpido posible de manera que el motor no sufra excesivo calentamiento.
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J. TempradoTema 4, Arranque de motores
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Ajustes estndar (III)
TIEMPO DE DESACELERACION (Ramp Down Time)Controla la velocidad con la que se va reduciendo la tensin durante la parada.Este valor debe ser ajustado a un nivel donde el motor para suavemente sin vibracin o shock en la carga.Normalmente se usan desaceleraciones rpidas, aunque a veces es necesario hacerlo suavemente.
Ejemplo: En el bombeo de lquidos, al detener el motor rpidamente puede producirse el golpe de ariete.
El arrancador suave no puede parar al motor de manera ms rpida de lo que tardara en parar al cortar la alimentacin (no incorpora ningn tipo de frenado).
J. TempradoTema 4, Arranque de motores
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Utilizacin de los arrancadores estticos
Algunos ejemplos de utilizacin de los arrancadores suaves:Limitacin de la mxima corriente de arranque, por ejemplo, cuando la capacidad de la red inadecuada.En el arranque y parada de sistemas de transporte o arrastre, donde es necesario que las maniobras se realicen de forma suave.(ascensores, telefricos, cintas transportadoras, etc.)Arranque de cargas altamente inerciales que son cargadas slo cuando alcanzan velocidad total (ventiladores, hojas de sierra, etc.)Aplicaciones de bombeo donde tanto el arranque como sobre todo la parada (para evitar el golpe de ariete) deben ser realizadas suavemente.
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Resumen de los sistemas de arranqueCorriente
de arranque
Par de arranque
Ventajas Inconvenientes Duracin media del arranque
Uso habitual
Arranque directo de 4 In a 8 In
de 0,6 Mn1,5 Mn
- Arranque por simple conexin a la red- Par de arranque normal
- Elevada intensidad de arranque- No permite un arranque progresivo
2-3 segundos
Mquinas pequeas que arrancan en carga
Arranque estrella-tringulo
de 1,3 In a 2,6 In
de 0,2 Mn a 0,5 Mn
- Arrancador barato (3 contactores)- Buena relacin par/intensidad
- Par de arranque pequeo- Algunos fenmenos transitorios en el paso de estrella a tringulo- La tensin de red ha de coincidir con la tensin nominal de los devanados
de 3 a 8 segundos
Mquinas que arrancan en vaco. Mquinas centrfugas de pequea potencia
Arranque por autotransformad
or
de 1,7 In a 4 In
de 0,4 Mn a 0,85 Mn
- Buena relacin par/intensidad - Necesita un autotransformador, que es un equipo caro
de 7 a 12 segundos
Mquinas potentes o de mucha inercia, en las que es importante reducir la punta de intensidad
Arranque por resistencias estatricas
de 4 h a 5 In
de 0,3 Mn a 0,95 Mn
- Posibilidad de escoger las etapas de aceleracin- No hay fenmenos transitorios en las diversas etapas
- La reduccin de la intensidad de arranque es pequea- Necesita resistencias externas
de 7 a 12 segundos
Mquinas de alta inercia, en donde no importa excesivamente la punta de intensidad
Arranque por resistencias
rotricas
menor que 2,5 In
menor que 2,5 Mn
- Muy buena relacin par/intensidad- Posibilidad de escoger las etapas de aceleracin- No hay transitorios en las diversas etapas
- Se precisa un motor de rotor bobinado, que es ms caro que uno de jaula, para igual potencia- Necesita resistencias externas
Mquinas de arranque en carga o progresivo.Mquinas que requieran cierta regulacin de la velocidad
Arranque esttico
constante en toda la aceleracin. Se fija su valor entre 2 In y 3 In.
de 0,25 Mna 0,4 Mn
- Se reduce la corriente de arranque a un valor prefijado, que se mantiene constante en la aceleracin
- Pequeo par de arranque- El equipo de alimentacin es caro
Ajustable Mquinas que arranquen en vaco o a poca carga.Cuando se requiera un arranque y/o parada suave.