UNIDAD 4ARRANQUE Y CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR DE INDUCCIN

4.1 ARRANQUE YCONTROLDE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCINSi la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta carga, podra girar a 1.750 rpm. Cuanto ms grande sea la carga en el motor, ms se desliza el rotor. En condiciones ptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75%.Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo magntico de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo.Mientras la corriente en la bobina de campo est en la parte creciente de la alternancia, el campo magntico aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto produce un campo magntico alrededor del anillo que contrarresta elmagnetismoen la parte del polo donde se halla l.En este momento se tiene un campo magntico mximo en la parte de polo no sombreada y un mnimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un mximo, el campo magntico ya no vara y no se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla un campo magntico mximo en todo el polo. Mientras la corriente est decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo mximo en la parte sombreada del polo.De esta forma el campo magntico mximo se desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente. Estemovimientodel mximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos de induccin sombreados no es alto, vara del 30 al 50 por 100. Una de las principales ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales motores. Estos motores tambin son utilizados en laindustria. El mantenimiento que se hace a estos motores es fcil.Como hemos visto en unanlisisprevio, un conjunto de tres bobinas desplazadas 120 en el espacio, al que se le aplica un conjunto de tensiones trifsicas, produce un campo magntico rotante. Sin embargo, este anlisis no se limita aconjuntostrifsicos, y es relativamente simple comprobar que, si se aplican dos tensiones desfasadas en el tiempo a dos bobinas desplazadas en el espacio, se obtendr como resultado un campo giratorio (de hecho, es posible verificar esto experimentalmente poniendo en movimiento un motor trifsico con solo dos fases).

Esto sugiere que ser suficiente con agregar una segunda bobina alimentada con una tensin adecuada (desfasada con respecto a la principal) para contar con un pequeo campo giratorio que ponga al rotor en movimiento, siguiendo a uno de los campos rotantes.Bsicamente, todos los motores monofsicos se constituyen de sta manera: poseen una bobina principal o fase principal encargada de dar toda la potencia que se necesita en el eje, una bobina secundaria o fase auxiliar, orientada de distinta manera que la primera y que, junto a sta produce la fuerza que pone en marcha al motor y un sistema de arranque que se encarga de producir una tensin distinta de la de la red para la bobina secundaria.Para comprender el funcionamiento del sistema de arranque debemos considerar que el campo magntico generado por una bobina se encuentra en fase con la corriente y que el ngulo de fase de esta respecto de la tensin depender de la impedancia de la bobina o del circuito en el que esta se encuentra. Supongamos que la fase principal es puramente inductiva, en ese caso el campo que sta genera estar atrasado 90 con respecto a la tensin. Si la fase auxiliar tuviera una impedancia con una importante componente resistiva, el atraso del campo con respecto a la tensin de alimentacin sera menor que 90 (de hacho puede ser mucho menor e inclusive prximo a 0) con lo cual se contara con las condiciones para la obtencin del campo rotante. Otra forma de lograr el desfasaje, muy utilizada porque no introduce componentes resistivos en el circuito, con las prdidas que estos implican, es el agregado de un capacitor en serie con la fase auxiliar.La ventaja del arranque por capacitor es su elevada cupla inicial mientras que el otro mecanismo permite, invirtiendo la forma en que se efectan las conexiones de las fases a la red, invertir el sentido de giro del rotor, las figuras muestran, esquemticamente, estas conexiones.Una vez que el motor est en marcha, la fase auxiliar puede desconectarse o no, el mejor funcionamiento se logra cuando se la desconecta puesto que se deja trabajando solo al campo principal que es el que desarrolla la potencia en el eje. Para desconectar la fase auxiliar puede utilizarse unmtodomanualo bien, lo que es ms habitual, un mtodo automtico, el sistema automtico ms utilizado es un interruptor que se acciona por fuerza centrfuga el cual se ajusta de manera tal que sus contactos se abren cuando el rotor alcanza la velocidad adecuada (el 75% de la velocidad nominal), otro sistema automtico aprovecha el hecho de que la corriente del estator disminuye a medida que el motor aumenta su velocidad (tal como se describi para el motor trifsico), esta corriente acta sobre un dispositivo electromecnico (rel o contactor) que es el encargado de desconectar la fase auxiliar.

4.2LETRA DE CDIGO PARA MOTORES DE INDUCCINEn muchos casos, los motores de induccin se pueden arrancar conectndolosdirectosa la lnea de potencia. Sin embargo en otros, las corrientes absorbidas por estos en la partida, originan algunas perturbaciones en las instalaciones o sistemas en el cual estn conectados, por lo que se recomienda recurrir a los diversosmtodos de arranquepara los motores de induccin.Para los motores de induccin tipo jaula de ardilla, existe unaletra de cdigo, lacual permite tener informacin de la corriente de arranque, debido a que esta puede variar ampliamente, dependiendo, primero, de la potencia nominal del motor y de la resistencia del rotor en condiciones de arranque.

Letra de CdigoLas normas NEMA han establecido la letra de cdigo para los motores tipo jaula de ardilla, la cual representa las condiciones de partida en KVA por cada HP, cuando el motor parte a plena tensin, por lo que nos entrega informacin respecto a las corrientes de arranque. Los valores de la letra de cdigo se resumen en la siguiente tablaLetra de cdigoKVAp/HPLetra de cdigoKVAp/HPLetra de cdigoKVAp/HP

A0.1 3.14G5.6 6.29N11.2 12.49

B3.15 3.54H6.3 7.09P12.5 13.99

C3.55 3.99J7.1 7.99R14.0 15.99

D4.00 4.49K8.0 8.99S16.0 17.99

E4.50 4.99L9.0 9.99T18.0 19.99

F5.0 5.59M10.0 11.19U20.0 y ms

4.3CLASIFICACIN DE MOTORES SEGN NEMA

MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE AEl motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estndar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes reas de ranuras para una muy buena disipacin decalor, y barras con ranurasondasen el motor. Durante el periodo de arranque, ladensidadde corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de altaresistenciay baja reactancia de arranque, con lo cul se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal ( a plena carga). El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor producen una aceleracin bastante rpida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejor regulacin de velocidad pero su corriente de arranque vara entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, hacindolo menos deseable para arranque con lnea, en especial en los tamaos grandes de corriente que sean indeseables.Motores de induccin de jaula de ardilla clase BA los motores de clase B a veces se les llama motores de propsito general; es muy parecido al de la clase A debido alcomportamientode su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor estn embebidas algo ms profundamente que el los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque.Las corrientes de arranque varan entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaos mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido. los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A para tamaos mayores.Las aplicaciones tpicas comprenden lasbombascentrfugas de impulsin, lasmquinasherramientasy los sopladores.MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE CEstos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.Debido a su alto par de arranque, acelera rpidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipacin trmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.Las aplicaciones de os motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difcil el arranque como en bombas ycompresoresde pistnMOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE DLos motores comerciales de induccin de jaula de ardilla clase D se conocen tambin como de alto par y alta resistencia.Las barras del rotor se fabrican en aleacin de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o estn embebidas en ranuras de pequeo dimetro. La relacin de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases anteriores.El motor est diseado paraserviciopesado de arranque, encuentra su mayor aplicacin con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicacin a carga repentina la regulacin de velocidad en esta clase de motores es la peor.MOTORES DE INDUCCIN DE JAULA DE ARDILLA DE CLASE FTambin conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Estn diseados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.El rotor de clase F se diseo para remplazar al motor de clase B. El motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de la lnea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estos motores tienen menos regulacin de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de bajaeficienciade funcionamiento. Sin embargo , cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje reducido, an en los tamaos grandes.CLASIFICACIN DE LOS MOTORES DE INDUCCIN DE JAULA DE ARDILLA DE ACUERDO CON EL ENFRIAMIENTO Y ELAMBIENTEDETRABAJO.Los motores comerciales de induccin de jaula de ardilla, y en general todos lomotores elctricos, se pueden clasificar tambin de acuerdo con el ambiente en que funcionan, s tambin como en losmtodosde enfriamiento.Latemperaturaambiente juega un papel importante en la capacidad yseleccindel tamao de armazn para una dnamo, parte importante del motivo es que la temperatura ambiente influye en la elevacin permisible de temperatura por sobre los 40 C normales. Por ejemplo una dnamo que trabaje a una temperatura ambiente de 75 C empleando aislamiento clase B tiene un aumento permisible de temperatura de tan solo 55 C. Si trabajara a su temperatura ambiente normal de 40 C se podra permitir un aumento de temperatura de 90 C, sin daar su aislamiento.Tambin se hizo notar que la hermeticidad de la mquina afecta a su capacidad. Una mquina con una armazn totalmente abierta con un ventilador interno en su eje, permite un fcil paso deairesuccionado y arrojado. Esta caja origina una temperatura final de trabajo en los devanados, menor en comparacin que la de una mquina totalmente cerrada que evita el intercambio de aire con el exterior.Esto da como resultado que existe una clasificacin de los motores por el tipo de carcaza.TIPOS DE ENVOLVENTES O CARCAZAS.La NEMA reconoce los siguientes:1. carcaza a prueba deagua. Envolvente totalmente cerrada para impedir que entre agua aplicada en forma de un chorro o manguera, al recipiente deaceitey conmediosde drenar agua al interior. El medio para esto ltimo puede ser una vlvula de retencin o un agujero machuelado en la parte ms inferior del armazn, para conectar un tipo de drenado.2. carcaza a prueba de ignicin de polvos. Envolvente totalmente cerrada diseada y fabricada para evitar que entren cantidades de polvo que puedan encender o afectardesempeoo capacidad.3. carcaza a prueba de explosin. Envolvente totalmente cerrada diseada y construida para resistir una explosin de un determinadogaso vapor que pueda estar dentro de un motor, y tambin para evitar la ignicin de determinado gas o vapor que lo rodee, debido a chispas o llamaradas en su interior.4. carcaza totalmente cerrada envolvente que evita el intercambio de aire entre el interior y el exterior de ella pero que no es lo suficiente mente cerrada para poderla considerar hermtica al aire.5. carcaza protegida al temporal. Envolvente abierta cuyos conductos de ventilacin estn diseados para reducir al mnimo la entrada de lluvia o nieve y partculas suspendidas en el aire, y el acceso de estas en las partes elctricas.6. carcaza protegida. Envolvente abierta en la cual todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias, exceptuando los ejes lisos del motor, tienen tamao limitado mediante el diseo de partes estructurales o parrillas coladeras o metal desplegado etc. Par< evitar el contacto accidental con las parte vivas7. Carcaza a prueba de salpicaduras. Envolvente abierta en la que las aberturas de ventilacin estn fabricadas de tal modo que si caen partculas de slidos o gotas de lquidos a cualquier ngulo no mayor de 100 con la vertical no puedan entrar en forma directa o por choque de flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.8. Carcaza a prueba de goteo envolvente abierta en que las aberturas de ventilacin se construye de tal modo que si caen partculas slidas o gotas de lquido a cualquier ngulo no mayor de 15 con la vertical no pueda entrar ya sea en forma directa o por choque y flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.9. Carcaza abierta envolvente que tiene agujeros de ventilacin que permiten el flujo de aire externo de enfriamiento sobre y alrededor de los devanados de la mquina.Elcostoy el tamao de los motores totalmente cerrados es mayor que el de los motores abiertos, de la mismapotenciay ciclo de trabajo y elevacin sobre la temperatura ambiente.