Accionamiento elctrico ndice temtico: Introduccin 2.- Arranque
directo de la red 3.- Arranque mediante disminucin de la tensin en
el estator 4.- Arranque por resistencias estatricas 5.- Arranque
por autotransformador (obsoleto) 6.- Arranque estrella-tringulo 7.-
Devanado partido (part-winding) 8.- Arrancadores estticos 9.-
Inversin de giro
1.-Introduccin: Los motores trifsicos de induccin presentan una
intensidad en el momento del arranque del orden de entre 4 y 7
veces la nominal, para motores de jaula sencilla. Esta
sobreintensidad decrece rpidamente 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
cadas de tensin y perturbaciones en la red que puede afectar a
otros receptores. La NCH menciona, incorporar sistemas adecuados
que limiten la intensidad en el arranque.
Accionamiento Elctrico. Arranque.
Arranque: En general, los motores de potencia superior a 0,75
kilovatios (1HP) deben estar provistos de restatos de arranque o
dispositivos equivalentes que no permitan que la relacin de
corriente entre el perodo de arranque y el de marcha normal que
corresponda a su plena carga, segn las caractersticas del motor que
debe indicar su placa, sea superior a la sealada en el cuadro
siguiente :
Arranque:Motores de corriente Continua MOTORES DE CORRIENTE
ALTERNA
Potencia nominal del Motor
Constante mxima de proporcionalidad entre la intensidad de la
corriente de de arranque y la de plena carga.
Potencia nominal del Motor
Constante mxima de proporcionalidad entre la intensidad de la
corriente de de arranque y la de plena carga.
De 0,75 [KW] a 1,5 [KW] De 1,5 [KW] a 5,0 [KW] De ms de 5,0
[KW]
2,5 2,0 1,5
De 0,75 [KW] a 1,5 [KW] De 1,5 [KW] a 5,0 [KW] De 5,0 [KW] a
15,0[KW] De ms de 5,0 [KW]
4,5 3,0 2,0 1,5
Curva de intensidad
En Fig. puedes recordar la forma de la curva de intensidad de un
motor trifsico asncrono 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%.
Sistemas de arranque:
En los siguientes apartados vamos a desarrollar los mtodos de
arranque ms usados, prescindiendo de los que actualmente estn casi
obsoletos.
Actividad: Un motor de 3,3 [Hp] con una intensidad de arranque
de 4 veces la intensidad de plena carga, se arranca directamente
desde la Red. es correcto?
2. Arranque directo de la Red: Como su propio nombre indica, el
motor se conecta directamente a la red de su tensin nominal, y con
la conexin adecuada para dicha tensin (estrella o en tringulo). En
el caso de que su potencia supere 1 (Hp), debe de ser un motor cuya
relacin IA/IN no supere los valores establecidos por la NCH (IA:
corriente de arranque).
Esquema de un arranque directo Normalmente el responsable de la
conexin entre el motor y la red es un contactor tripolar de la
clase AC3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de
mando o control, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba
es habitual algn dispositivo de corte para aislar el motor de la
red; en este caso es un seccionador. Adems de aislar el seccionador
incorpora fusibles, para la proteccin frente a cortocircuitos.
Arranque directo: El rel trmico es un dispositivo de proteccin
frente a sobrecargas de intensidad, producidas por pares de carga
mayores del nominal que originan que el motor funcione a menos
velocidad, ms deslizamiento y ms intensidad. Este dispositivo en el
caso de detectar una sobrecarga, desconecta la bobina del contactor
y este a su vez, desconecta el motor de la red. Existen tambin
otras alternativas, como el uso de guardamotores, que protegen
frente a cortocircuitos y frente a sobrecargas, sustituyendo al
seccionadorfusibles y al rel trmico.
3.-Arranque mediante disminucin de la tensin en el estator Todos
los mtodos que vamos a ver en este apartado se basan en disminuir
la tensin de alimentacin durante el arranque, con lo cual disminuye
el flujo del campo magntico estatrico y el motor se convierte en un
motor ms dbil. 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 tambin disminuye el
par, con lo cual estos mtodos pueden no servir ante cargas de
elevado par de arranque (cargas a las que cuesta arrancar). Se
demuestra matemticamente que las variaciones del par y de la
intensidad con la tensin, en el arranque son:
Frmula:
Estas ecuaciones quieren decir que la IA disminuye de igual
forma que la tensin y MA lo hace de forma cuadrtica. Por ejemplo si
la tensin se reduce la mitad tenemos:
Actividad : Si un mtodo de arranque por disminucin de tensin la
reduce en un 75 %, cunto disminuyen en porcentaje el par y la
corriente de arranque respecto a sus valores a tensin nominal?
4.-Arranque por resistencias estatricas Si en el momento del
arranque conectamos en serie resistencias, estas producirn una cada
de tensin que consigue que la tensin 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 tensin nominal. La secuencia de funcionamiento es la
siguiente:
4.-Arranque por resistencias estatricas Se cierra el contactor
KM1, quedando el motor a tensin nominal. Tras un tiempo prefijado,
se cierra KM2 cortocircuitando las resistencias.
Ventajas Muy sencillo y barato. Desventajas El par de arranque
disminuye de forma cuadrtica, luego solo es vlido ante cargas de
bajsimo par de arranque. Hoy est casi obsoleto.
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto) En este mtodo la
reduccin de tensin se realiza mediante un autotransformador.
Normalmente durante el proceso de arranque el nmero de espiras del
secundario no se vara, luego la relacin de transformacin (rt) es
constante, aunque puede regularse de cara a un siguiente arranque
en funcin del par resistente de la carga.
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto)
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto) La secuencia de
funcionamiento es la siguiente : Se cierra KM1 y KM2, hacindose la
estrella en el secundario del autotrafo y alimentndose el motor a
la tensin del secundario (punto 1). El punto de funcionamiento
evoluciona desde 1 hacia 2. Tras un tiempo prefijado, se abre KM2 y
se cierra KM3 de forma casi simultnea, conectando el motor a su
tensin nominal. El motor pasa del punto 2 al 3. Finalmente se
estabiliza en el punto de funcionamiento (4) a su tensin
nominal.
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto)
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto)
5.-Arranque por autotransformador (obsoleto) Ventajas
Automatismo muy sencillo.
Desventajas El par de arranque disminuye de forma cuadrtica,
luego solo es vlido ante cargas de bajsimo par de arranque. Hoy se
utiliza poco. Es ms caro debido al precio del
autotransformador.
Actividad Si un autotrafo de tensiones 400/230 (V) se utiliza
para arrancar un motor asncrono, cunto se reducen la corriente y el
par de arranque?
6.-Arranque estrella-tringulo Este arranque se basa en conectar
el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en
tringulo. De esta forma durante el arranque los devanados del
estator estn a una tensin 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 tringulo y sus devanados soportan
230 (V). Fjate en Fig. donde podemos ver que su corriente de
arranque es 15 (A), si se arranca de forma directa en tringulo
sobre 230 (V). Pero qu pasa si lo conecto en estrella en la red de
230 (V) y procedemos al arranque? Cul ser su corriente de
arranque?
6.-Arranque estrella-tringulo
Ejercicio: Un motor de 15 HP, Fs= 1,15; F.P=0,86 El cual debemos
accionarlo por medio de estrella y tringulo. Calcular la corriente
de arranque en estrella y la corriente nominal. Calcular la seccin
del conductor. La Proteccin trmica. Calcular el disyuntor Tablero
fuerza y disyuntor Empalme. Determinar que tipo de contactor usar.
Qu empalme solicitara a Chilquinta Energa S.A.?
Segn la figura en conexin estrella sobre una red de 230(V) cada
devanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo
giratorio de menos induccin, el motor es dbil y la curva de par
presenta valores ms bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar
que el par de arranque se reduce un tercio.
La secuencia de funcionamiento es la siguiente : Se cierra KM1 y
KM2 conectndose el motor en estrella y arrancando con los valores
de par e intensidad del punto 1(fjate que KM2 cortocircuita X-Y-Z).
A continuacin la velocidad va aumentando y el punto de
funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2. Transcurrido
un pequeo tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 y simultneamente se
cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, VX, W-Y) con lo cual el motor se
conecta en tringulo (salto del punto 2 al 3). Observa el Fig. x que
la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los
realizan los contactores (KM2 para la estrella y KM3 para el
tringulo). Finalmente el motor evoluciona en tringulo desde el
punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que
corresponda en funcin del par de carga.
Ventajas Automatismo muy sencillo y barato, se utiliza mucho.
Menor reduccin de par que los mtodos anteriores, para la misma
limitacin de IA. En la tabla 3 puedes ver una comparacin en el caso
de que los arranques mediante resistencias y autotrafo se regulen
para limitar la IA en .
Tabla 3
Desventajas El par y la corriente de arranque disminuyen siempre
en , sin posibilidad de regulacin. Debe utilizarse solo ante cargas
de bajo par de arranque. No siempre es posible ejecutarlo porque
debemos disponer de una red cuya tensin coincida con la tensin
nominal ms baja del motor. Para un motor de 400/230 (V), el
arranque Y- debe realizarse sobre una red de 230 (V), casi obsoleta
hoy en da. Necesitaramos un motor de 690/400 (V).
Actividad Un motor presenta las siguientes caractersticas y se
arranca en estrellatringulo.
Qu tensin debe de tener la red trifsica de alimentacin y por qu?
Cul es la punta de intensidad en el arranque?
8.-Arrancadores estticos El trmino esttico designa a todo
aquello construido a base de electrnica de potencia, por tanto
podramos tambin llamarlos arrancadores electrnicos. Se basan tambin
en la disminucin del valor eficaz de la tensin que alimenta al
motor, al igual que en los mtodos vistos. Sin embargo, esta
reduccin de tensin eficaz la realizan troceando la onda senoidal y
no disminuyendo su amplitud.
Por tanto estos arrancadores llamados tambin choppers trocean la
onda senoidal y consiguen alimentar el motor a la tensin adecuada.
Adems sus circuitos de regulacin calculan cual es la evolucin
apropiada de la tensin para realizar arranques suaves en funcin del
par resistente de la carga.
Ventajas Arranques suaves con aceleracin programable por el
usuario. Los precios de la electrnica de potencia bajaron esta
ltima dcada, con lo cual su compra es asequible. Desventajas Aunque
los arrancadores no son caros, el arranque estrellatringulo es
mucho ms barato y en algunas casos suficientemente efectivo. Estn
siendo eclipsados por los variadores de frecuencia (ver variacin de
velocidad).
9.-Inversin de giro Para invertir el giro del motor habr que
invertir el giro del campo magntico creado por el estator; de esta
forma el rotor tender a seguirlo y girar en sentido contrario. Para
conseguirlo, basta con invertir un par de fases cualesquiera de la
lnea trifsica de alimentacin al motor, lo que en la prctica se
realiza con dos contactores de conexin a red.
9.-Inversin de giroAdvertencia: Los contactores no pueden
cerrarse Simultneamente. Porque se produce un cortocircuito
Entre las fases intercambiadas. V y W en este ejemplo.
Para eso ambos contactores deben estar bloqueados por medio de
auxiliares.
COMPARACIN ENTRE ARRANQUE DIRECTO Y EL ESTRELLA-TRINGULO La
primera cifra corresponde al arranque directo y la segunda al
estrella-tringulo: - Corriente de arranque: 100 % - 33%. -
Sobrecarga de la lnea: 4 a 8 In 1,3 a 2,6 In. - Par inicial en el
arranque: 0,6 a 1,5 Cn 0,2 a 0,5 Cn. - Mando: todo/nada todo/nada.
- Tiempos de arranque: 2 a 3 segundos 3 a 7 segundos.
Ventajas arranque directo: - Arrancador simple y econmico. - Par
de arranque importante.
Inconvenientes arranque directo: - Punta de corriente muy
importante. - Arranque muy brusco.
Ventajas arranque estrella-tringulo: - Arrancador econmico. -
Buena relacin par/corriente. Inconvenientes arranque
estrella-tringulo: - Dbil par de arranque sin posibilidad de
ajuste. - Corte de tensin en el cambio de acoplamiento. - Motor de
6 bornas.
