CAPÍTULO 4 MOTOR DE ELÉCTRICO DE ACCIONAMIENTO Ya hemos comentado que en lo compresores herméticos y semiherméticos el motor de accionamiento se encuentra alojado en el interior del compresor realizándose el acoplamiento entre el motor y el compresor de forma directa. Comentaremos en este capítulo las características principales de los motores de accionamiento de los compresores herméticos y semiherméticos: conexiones, arranques, protecciones, … INTRODUCCIÓN Los motores de los compresores generalmente son de corriente alterna y del tipo de jaula de ardilla. A diferencia de los motores eléctricos convencionales no llevan carcasa, ni ventilador ni cojinetes, quedando reducidos a un estator bobinado y un rotor de jaula de ardilla. En la figura puedes ver el rotor del motor de un compresor, del tipo de aluminio fundido, y el estator, en este caso de un motor monofásico. Más adelante te comentaremos porque se trata de un motor monofásico. En esta otra figura puedes ver una sección del compresor en la que se aprecia el rotor, el estator, los terminales, el cigüeñal, los pistones, …, así como los terminales para las conexiones eléctricas.

Realizaremos el estudio de los motocompresores según sea la alimentación eléctrica: monofásica o trifásica. MOTOCOMPRESOR MONOFÁSICO La utilización de motocompresores monofásicos se justifica porque en multitud de instalaciones residenciales y comerciales la energía eléctrica disponible es monofásica, aunque este tipo de motocompresores sean menos eficientes que los trifásicos. La gama de potencias de estos motocompresores puede alcanzar hasta los 3 CV de potencia, aunque debemos tener en cuenta que a igualdad de potencia son más caros que los trifásicos. La denominación de los motocompresores monofásicos se realiza en función del par de arranque del motocompresores y podemos resumirla según el esquema siguiente:

El valor del par de arranque en un motor monofásico depende del método empleado para efectuar dicho arranque: si empleamos un devanado resistivo, entonces el par de arranque es bajo y si utilizamos un condensador en serie con el devanado de arranque, entonces el par es elevado. Durante la marcha normal del motor podemos desconectar el devanado de arranque o bien emplear un condensador conectado en serie con el devanado auxiliar, en cuyo caso mejoramos las prestaciones del motor (rendimiento,

CSR (Capacitor Start Run)

LST

RSIR (Resistant Start Induction Run)

RSCR (Resistant Start Capacitor Run)

BAJO PAR DE ARRANQUE PARA MÁQUINAS CON TUBOS CAPILARES

HST

CSIR (Capacitor Start Induction Run)

ALTO PAR DE ARRANQUE PARA MÁQUINAS CON VAL. EXPANSIÓN

factor de potencia, vibraciones, …). En el gráfico siguiente resumimos estas características y su relación con las siglas que definen al motocompresor.

Reproducimos a continuación los datos de distintos compresores equipados con motor monofásico obtenidos del catálogo del Grupo Disco. Hemos marcado la columna correspondiente al tipo de motor para que veas la denominación y eliminado la columna correspondiente al precio del catálogo original.

El valor del par de arranque del motocompresor influye en la capacidad de arrancar (acelerarse desde 0 hasta la velocidad correspondiente a la marcha, supongamos 1450 rpm) con mayor o menor carga. En el caso de que el par de arranque sea reducido el motocompresor sólo podrá arrancar en vacío o con poca carga, lo que se traduce en que las presiones de alta y baja deben igualarse durante los periodos de parada. Recuerda que cuando el dispositivo de expansión es un tubo capilar las presiones de alta y baja se igualan durante la parada de la máquina, de ahí que se empleen motores con bajo par de arranque en máquinas equipadas con tubo capilar. Si el motor monofásico careciese de devanado de arranque, el par de arranque sería nulo y por tanto el motor no arrancaría, de ahí que un fallo en el dispositivo de arranque que desconecte dicho devanado impedirá el arranque del motocompresor. En la figura siguiente resumimos estas ideas.

DEVANADOS ESTATÓRICOS El estator de un motor monofásico está formado por dos devanados denominados devanado principal (DP) y devanado auxiliar o de arranque (DA). El devanado principal tiene más espiras que el auxiliar, pero este último tiene una resistencia más elevada. Estos devanados se sitúan a 90 º cuando el motor tiene 2 polos ( 3000 rpm) tal como puedes apreciar en la imagen.

VELOCIDAD = 0 PAR DE ARRANQUELS MOTOR ARRANCA

CON POCA CARGA

HS MOTOR ARRANCA

En el caso de un motor de cuatro polos la distribución de los devanados sería la que aparece en esta otra imagen. Puedes observar que ahora los devanados se han situado a 45 º.

Unos valores típicos de las resistencias de los devanados pueden ser 4,19 Ω y 1,65 Ω para los devanados de arranque y principal de un motocompresor de 230 V y 7,5 A. Los devanados principal y de arranque se conectan a un terminal común, denominado C y tiene el otro extremo unido a un terminal denominado S, para el devanado de arranque, y R para el devanado de principal. En la figura puedes ver los devanados y la caja de terminales de un compresor Danfoss – Maneurop.

90º

DEVANADO PRINCIPAL

DEVANADO AUXILIAR

DEVANADOARRANQUE

DEVANADO PRINCIPAL

Reproducimos a continuación algunos de los datos eléctricos para compresores monofásicos Danfoss- Maneurop, donde puedes apreciar los valores de las resistencias de los devanados y las intensidades de arranque (LRA) y nominal (MCC).

Te proponemos que, a modo de comprobación práctica, y empleando uno de los compresores herméticos del taller realices las mediciones de las resistencias de los devanados, tal como puedes apreciar en la imagen.

ARRANQUE DE LOS MOTOCOMPRESORES MONOFÁSICOS Para efectuar el arranque del motocompresor monofásico existen distintos procedimientos que explicaremos a continuación. Estos métodos son los siguientes:

1. Relé de intensidad 2. Relé de tensión 3. PTC

Ω=+=Ω==Ω==

3.209.11

9.8

DADPSR

CSDA

CRDP

RRRRRRR

Medida entre C y S Medida entre C y R

Medida entre R y S

1. ARRANQUE CON RELÉ DE INTENSIDAD Este tipo de arranque se emplea en motores de poca potencia, aproximadamente hasta 0,75 kW En la imagen puedes ver un relé de intensidad. Fíjate que tiene cinco terminales que vienen marcados con los números 10, 11, 12, 13 y 14. Se puede apreciar perfectamente los terminales para la conexión de la bobina. Este tipo de relés tiene un contacto que se encuentra NA. Al circular corriente por la bobina del relé el contacto se desplaza a la posición de cierre. Cuando la corriente que circula por la bobina es insuficiente para mantener el contacto cerrado éste se abre por efectos de un muelle o de la gravedad. En la figura siguiente puedes ver los diagramas de conexión del relé de intensidad para un motocompresor RSIR y otro CSIR. Fíjate que el contacto del relé se conecta en serie con el devanado de arranque (S) y que en el caso de que exista condensador, éste va conectado en serie con el mismo devanado y el propio contacto del relé de intensidad, así como un resumen de su funcionamiento.

EL RELÉ SE DESEXCITA Y EL CONTACTO ABRE

~ C

RS ~

C

R

S

CARR

MOTOR RSIR MOTOR CSIR

EN EL ARRANQUE LA INTENSIDAD EN DP ES ELEVADA Y EL RELÉ

SE EXCITA

EL CONTACTO SE CIERRAY SE CONECTA EL DA.

EL MOTOR ARRANCA

AL AUMENTAR LA VELOCIDAD DISMINUYE LA CORRIENTE EN DP

En esta otra imagen puedes ver el relé de intensidad y un ejemplo de conexiones de un motocompresor Danfoss. Se puede comprobar fácilmente cual es el devanado principal y cual el auxiliar. Comprueba, basándote en el esquema presentado anteriormente, cual de ellos es el devanado principal y cual el de arranque.

Una sencilla prueba permite comprobar el estado del relé de intensidad. Hemos comentado que en reposo el contacto se encuentra en posición NA y que por acción de la gravedad, vuelve a dicha posición cuando se encuentra NC. Empleando un polímetro para medir continuidad en extremos del contacto, debe encontrarse NA con el relé en posición normal y cerrarse cuando se invierte la posición del relé (como si lo colocamos cabeza abajo). En la imagen aparece esta prueba.

2. ARRANQUE CON PTC Este método de arranque se ha comenzado a utilizar recientemente. Respecto a los otros dos métodos tiene la ventaja de no utilizar contactos móviles lo que resulta especialmente positivo en el caso de corrientes elevadas. En la figura aparece un ejemplo de conexiones empleando una PTC. El funcionamiento esta basado en el aumento de resistencia que sufre la PTC al aumentar la temperatura. El aumento de resistencia es tan elevado que prácticamente desconecta el devanado de arranque, ya que la corriente que circula por él se hace tan pequeña que resulta prácticamente despreciable. En la figura …. Aparece la curva resistencia – temperatura de la PTC empleada para el arranque del motocompresor. Al alcanzar la temperatura un valor próximo a los 110 ºC el aumento de resistencia es tan elevado que prácticamente desconecta el devanado de arranque. Aplicando la Ley de Ohm comprendemos este efecto:

EL CONTACTO DEL RELÉ DE INTENSIDAD ESTÁ NA EN

REPOSO

AL INVERTIR LA POSICIÓN DEL RELÉ DE INTENSIDAD EL CONTACTO SE

CIERRA POR EFECTO DE LA GRAVEDAD

LA LECTURA ES CIRCUITO ABIERTO (NA)

LA LECTURA ES CIRCUITO CERRADO

DAPTC ZRVI+

=

Este método puede combinarse con motores con condensador, para lo cual se conecta la PTC en paralelo con el condensador. En el esquema siguiente puedes ver el circuito y el funcionamiento del mismo. A modo de ejemplo, para un condensador de 80 µF a 50 Hz el valor de la impedancia es:

Ω=⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

=−

401080502

12

16ππ Cf

Z

Los valores de la resistencia de la PTC a temperatura ambiente y 130 ºC son, aproximadamente 25 y 10.000 Ω, lo que representa que cuando la PTC se encuentre a 130 ºC, una vez completado el arranque, prácticamente no circula corriente por ella, pasando sólo por el condensador que se encuentra en paralelo con ella. La corriente en el condensador es 250 veces mayor que en la PTC. Te animamos a que lo compruebes.

60

7000

La PTC se puede comprobar empleando un polímetro. A temperatura ambiente debe dar un valor de aproximadamente 25 Ω. En la figura aparece una PTC con indicación de los terminales y la comprobación del valor a temperatura ambiente.

LOS TERMINALES DE LA PTC

SE DENOMINAN S, R y L

LA LECTURA DEL VALOR DELA PTC A TEMPERATURA

AMBIENTE SE ENCUENTRA ALREDEDOR DE 25 Ω

S

R

L

3. ARRANQUE CON RELÉ DE TENSIÓN Este tipo de relés se emplean en motores de potencia más elevada, recuerda que los relés de intensidad limitan su capacidad a motores de 0,75 kW aproximadamente. El funcionamiento de este tipo de relé aparece resumido en el esquema de la figura.

PROTECCIÓN TÉRMICA Trataremos en este apartado las protecciones habituales de los motocompresores herméticos y semiherméticos, aunque no entraremos en detalle en aquellos dispositivos de protección que se emplean habitualmente en otros motores, como por ejemplo los relés térmicos y los magnetotérmicos. Los devanados de los motocompresores herméticos y semiherméticos se encuentran en el interior de la carcasa y no pueden refrigerarse por los procedimientos habituales de los motores convencionales (ventilador accionado por el propio eje del motor). Además en el caso de que se produjese una avería importante y dado que en el caso de los herméticos no hay reparación posible, resulta sumamente importante proteger los devanados de los motores de hacinamiento de forma conveniente. Para ello se emplean dos tipos de elementos de protección:

1. Klixón 2. Sondas de temperatura

Comentaremos a continuación las características de cada uno de ellos.

EL CONTACTO DEL RELÉ DE TENSIÓN SE ENCUENTRA NC

AL CERRAR EL CONTACTO DEL TERMOSTATO EL MOTOR ARRANCA

AL AUMENTAR LA VELOCIDAD AUMENTA LA TENSIÓN EN EL DA (C-

EL RELÉ SE EXCITA Y ABRE EL CONTACTO DESCONECTANDO EL

CONDENSADOR DE ARRANQUE

1. KLIXON Estos dispositivos se coloca sobre la carcasa del compresor de forma que se encuentre lo más cerca posible de los devanados del motor, para que pueda responder a las variaciones de temperatura de los mismos. Están formados por una lámina bimetálica que aloja los contactos y que se deforma con la temperatura de los devanados y la intensidad de corriente que circula por el motor, ya que se conecta en serie con éste. En la figura puedes ver un klixon, al que se ha eliminado la tapa inferior y otro colocado sobre un motocompresor de un equipo de aire acondicionado. En algunos casos el klixon se colocado en el interior del compresor para asegurar mejor el contacto térmico con los devanados del motor, tal como puedes apreciar en la imagen. En este caso el compresor es trifásico y el número de klixon es de tres. Los klixon vienen regulados de fábrica para cortar el circuito cuando la temperatura alcanza un valor determinado que puede variar según el fabricante. En el caso de los compresores Danfoss – Maneurop este valor es de 105 ºC, rearmándose a 60 ºC, de forma que existe un margen de seguridad suficientemente alto para alargar la vida del motocompresor, según su clase de aislamiento, tal como puedes ver en el gráfico.

2. SONDAS DE TEMPERATURA Las sondas de temperatura son termistores cuya resistencia aumenta bruscamente al alcanzar una temperatura determinada, llamada “Temperatura Nominal de Funcionamiento” (TNF) tal como puedes ver en la figura.

5

10

1

15

20

25

Duración años Corte del protector de seguridad interno

Margen de seguridad según

diseño

105°C 155°C

Clase F

Clase B

El número de sondas a colocar puede ser desde 1 a 3. En la figura aparecen los dibujos correspondientes a una sonda simple y a otra triple de la firma KRIWAN.

El sistema se completa con un dispositivo electrónico que mide la resistencia de la sonda. Cuando detecta la variación de la resistencia al alcanzar la TNF los contactos de salida cambian de posición desconectando el motocompresor. En la figura siguiente aparece uno de estos equipos, un gráfico que explica el funcionamiento del mismo y el esquema de conexiones.

Estos dispositivos vienen incorporados en la caja de conexiones de los motocompresores, tal como puedes ver en la imagen siguiente y en la documentación técnica de los fabricantes se indican las características de dichos dispositivos de protección, como te comentaremos al hablar de los compresores scroll.

CONEXIONES DE LOS MOTOCOMPRESORES MONOFÁSICOS Estudiaremos en este apartado las conexiones de los motocompresores monofásicos según los distintos métodos de arranque. No entraremos en detalle, sólo te mostramos algunos circuitos, los componentes utilizados para su montaje y el cableado “virtual” de los mismos. ARRANQUE CSIR

ARRANQUE CSR ARRANQUE PSC

ARRANQUE RSIR

MOTOCOMPRESOR TRIFÁSICO Cuando la potencia de la instalación aumenta o cuando se encuentra disponible una red trifásica se emplean motores de accionamiento trifásicos, también de jaula de ardilla. Debes tener en cuenta que es posible encontrar motocompresores con alimentación trifásica a pesar de ser de baja potencia, como puedes ver en este recorte del catálogo del Grupo Disco, donde hay un motocompresor con alimentación monofásica o trifásica de ½ CV .

ACTIVIDAD En la imagen aparece una parte del catálogo del Grupo Disco. Sabrías decir, a la vista del mismo, si la alimentación de los motocompresores que aparecen son monofásicos o trifásicos.

PLACA DE CONEXIONES La placa de conexiones de un motocompresor es similar a la de cualquier motor eléctrico convencional, pudiendo conectarlos en estrella o triángulo. Además en los motocompresores de origen USA es relativamente frecuente encontrar conexiones part-winding. Como sabemos los motores trifásicos tienen una elevada corriente de arranque (entre 4 y 7 veces su corriente nominal) que se debe limitar en las condiciones que establece el Reglamento de Baja Tensión. Para ello los motocompresores se arrancan en estrella-triángulo, en part-winding o con resistencias estatóricas. Actualmente algunos fabricantes están incorporando arrancadores estáticos en sus motocompresores. Estudiaremos a continuación, de forma breve, cada una de estas conexiones a partir de la documentación que aparece en los catálogos de los fabricantes.

MOTOR PART-WINDING Este tipo de motor está dotado de un devanado estatórico desdoblado en dos devanados independientes con seis o doce bornas de salida, dependiendo de si los devanados se encuentran conectados interiormente, por ejemplo en estrella, o se encuentran sin conectar. Para realizar el arranque part-winding primero se conecta uno de los devanados a la red y transcurrido un tiempo breve (1 ó 2 segundos) se conecta el segundo devanado. De esta forma se consigue reducir la corriente de arranque del motor. Los valores de reducción de la corriente de arranque y del par dependen de la relación entre los devanados que formen el estator del motor, de forma que es posible encontrar motores con una reducción de la corriente de arranque de hasta un 54 %. Una precaución importante que se debe tomar en el arranque de estos motores es que al conectar el segundo devanado la secuencia de fases debe ser la misma que cuando se conectó el primero. ACTIVIDAD ¿Qué ocurriría si el segundo devanado se conectase con secuencia de fases inversa? Estos motores también se pueden arrancar de forma directa, para ello se conectarán en estrella, doble estrella, triángulo, … dependiendo de la tensión de la red y la del motor En la figura puedes ver un ejemplo de conexiones de un motocompresor Copeland con arranque Part-Winding o arranque directo con conexión doble estrella. En el caso del arranque P-W se utilizan dos contactores para conectar, inicialmente los terminales 1 – 2 – 3 y transcurrido un tiempo los terminales 7 – 8 – 9, a la red de alimentación. Los devanados de este motor vienen conectados interiormente en estrella, de ahí que al realizar el arranque directo empleando las pletinas conectamos en paralelo las dos estrellas (YY). En la figura siguiente puedes ver la placa de características de uno de estos motocompresores

ARRANQUE CON RESISTENCIAS ESTATÓRICAS Algunos fabricantes incorporan entre sus arrancadores este tipo de arranque que presenta la ventaja de reducir la corriente de arranque a valores muy pequeños (hasta un 50%) con un coste reducido, aunque por el contrario tiene el inconveniente de que el par de arranque se reduce aún más con lo que no es posible efectuar el arranque en carga del motocompresor. El sistema consiste en intercalar entre los devanados estatóricos y la red de alimentación unas resistencias que transcurrido el tiempo de arranque se cortocircuitan por medio de un contactor. En la figura aparece uno de estos arrancadores correspondiente a los compresores Danfoss – Maneurop

Fig….: Arrancador con resistencias Danfoss – Maneurop

ARRANQUE ESTRELLA – TRIÁNGULO Este método de arranque es más frecuente que los otros dos descritos anteriormente, ya que no precisa de un motor especial (Part-Winding) ni de elementos externos (resistencias) y el circuito de control es sencillo. A diferencia de los anteriores la reducción de la corriente de arranque, y por tanto del par, no se puede ajustar con lo que puede ocurrir que en determinados casos no fuese posible su aplicación, según los requerimientos del RBT. Tanto la corriente como el par de arranque se reducen 1/3 y el motor se conecta en estrella durante el arranque, pasando transcurrido el tiempo de arranque a conectarse en triángulo. ARRANCADORES ESTÁTICOS En algunos casos se incorporan arrancadores estáticos que permiten regular el tiempo de aceleración y deceleración de forma que los esfuerzos mecánicos se reduzcan considerablemente. Esta tecnología sólo se ha podido aplicar una vez que los equipos electrónicos han abaratado sus costes. NOTA: Para mayor detalle sobre los métodos de arranque, protecciones y características de cada uno de ellos debes consultar los módulos Electrotecnia y Automatismos y Cuadros Eléctricos