Laboratorio #1. Máquinas Eléctricas

Laboratorio #1. Máquinas Eléctricas

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Máquinas Eléctricas

Laboratorio # 1

Arranques de motor trifásico jaula de ardilla de 6 bobinas de baja tensión de la empresa SIEMENS.

Romario Faria Pérez Machado

Alejandro Urieles Salcedo

Universidad Magdalena

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Electrónica

Santa Marta, Colombia

2022

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1. Objetivos

• Orientar al estudiante acerca de la forma en que se trabajan los motores trifásicos de jaula de ardilla y sus configuraciones más comunes.
• Conocer los equipos utilizados para la correcta conexión de un motor incluyendo protecciones.
• Realizar un arranque directo de un motor con su respectiva protección.
• Realizar un arranque estrella-delta de un motor con su respectiva protección.
• Comparar los resultados obtenidos entre un software de simulación y el montaje en los módulos de entrenamiento.

2. Marco Teórico

Un motor eléctrico es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, donde la acción de un campo magnético inducido por una corriente externa, produce el movimiento del eje del motor.

Los motores a trabajar en esta guía son asíncronos de jaula de ardilla clase B, los cuales son alimentados por fuentes trifásicas alternas; en este tipo de motor, la velocidad del campo electromagnético es diferente de la velocidad del rotor.  Estos motores están compuestos por tres o más bobinas separadas; cada bobina tiene dos terminales para alimentar el motor, por lo que el número de terminales de alimentación será el doble que el número de bobinas del motor.

La clase B mencionada anteriormente, hace referencia a la clasificación NEMA (National Electrical Manufacturers Asocciation), la cual clasifica los motores asíncronos en función de la forma constructiva de la Jaula de Ardilla del rotor y su curva par-velocidad, proporcionando información sobre las aplicaciones en las cuales puede desempeñarse correctamente el motor. Para este caso, los motores de clase B son motores de propósito general, denominados a veces como una mejora de los motores clase A, debido a que los conductores del rotor se colocan en ranuras más profundas, lo que genera una resistencia de arranque más alta y, por ende, disminuye la corriente de arranque.

Las aplicaciones más comunes de los motores clase B son como bombas, ventiladores y tornos.

2.1.        Tipos de Conexiones

Existen dos configuraciones básicas para alimentar un motor trifásico: La conexión en Delta y la conexión en Estrella.

La conexión en Delta, también conocida como conexión en Triangulo, consiste en conectar el terminal inicial de una bobina con el terminal final de otra, y alimentar los nodos con las fases, tal como se ve en la Fig. 1. Esta configuración produce un alto par de arranque en el motor, pero también un alto consumo de corriente en el arranque. Vale mencionar que la conexión en Delta se puede realizar de dos maneras, sea conectando las bobinas en orden U–W–V u orden U–V–W.

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Figura 1. Esquema de Conexión en Delta

La conexión en Estrella, también conocida como conexión en Y, consiste en conectar entre sí todas las terminales finales de las bobinas del motor, y alimentar las terminales iniciales con las fases, tal como se ve en la Fig. 2. Esta configuración produce un menor par de arranque en el motor en comparación con la conexión en Delta, pero el consumo de corriente en el arranque también es menor.

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Figura 2. Esquema de Conexión en Estrella

2.2. Arranque en Delta

Este método de arranque, entendido como una forma de arranque directo, es el más sencillo y se emplea en motores de pequeña potencia (o en motores grandes, siempre y cuando estén conectados a una red eléctrica independiente, de modo que la corriente de arranque no afecte a otros consumidores).

El arranque en Delta consiste en realizar el arreglo de bobinas en Delta y arrancar el motor alimentándolo a su tensión asignada. Para ello, es necesario un contactor encargado de accionar el motor acorde a un circuito de control.

2.3. Arranque Estrella-Delta

Este método de arranque solamente se puede utilizar en aquellos motores que estén preparados para funcionar en delta con la tensión de la red. La máquina se conecta en Estrella en el momento del arranque y se pasa después a Delta cuando está en funcionamiento. La operación se realiza en la actualidad con automatismo de contactores, un circuito de potencia y un circuito de control.

Para la conexión Estrella-Delta se requieren tres contactores: El contactor principal, el contactor para conexión en Estrella, y el contactor para conexión en Delta. El contactor principal se encarga de la alimentación de los principios de bobina de los devanados del motor, y los contactores de conexión se encargan de realizar la conexión del devanado en Estrella y en Delta respectivamente; además, se requiere de un temporizador para sincronizar correctamente el cambio de la conexión Estrella a la Conexión Delta.

3. Procedimiento

En esta sección, se darán indicaciones para realizar las configuraciones de arranque en los módulos de entrenamiento vistos en la Fig. 3, y para ello es necesario tener la siguiente información en consideración.

En primer lugar, las terminales de cada uno de los dispositivos de los módulos de entrenamiento están conectadas a una bornera respectiva, pudiendo identificarse la bornera que corresponde a cada terminal consultando el documento Tablas de Conexiones de Módulos de Entrenamiento, disponible en el laboratorio.

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Figura 3. Módulos de Entrenamiento de Procesos Eléctricos y Automatización

Por otro lado, el motor de los módulos de entrenamiento de la Universidad del Magdalena, contiene 6 bobinas de alimentación. Internamente, se realizó un arreglo en paralelo de las bobinas, con el objetivo de facilitar el procedimiento de conexión durante las prácticas de laboratorio, reduciendo los hilos necesarios para la configuración y alimentación del motor. La representación del arreglo de bobinas se ve en la Fig.4.

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Figura 4. Arreglo de Bobinas del Motor

3.1. Arranque en Delta

La conexión del arranque en Delta se dividirá en dos etapas: etapa de potencia y etapa de control. La etapa de potencia cumple el rol de alimentar el motor y la etapa de control cumple el rol de controlar el arranque y la parada del motor. El esquema completo de la conexión para el arranque en Delta puede verse en la Fig. 5.  

Vale aclarar los siguientes prefijos utilizados en el esquema para cada uno de los componentes utilizados para la conexión:

BREAK: Referente al Mini Breaker.

K1, K2 y K3: Referente a los Contactores K1, K2 y K3 respectivamente.

TERM: Referente a un Relé Térmico Bimetálico.

STOP: Referente a un Pulsador de Parada.

START: Referente a un Pulsador de Arranque.  

Por otro lado, los números indicados en los terminales de cada conexión se rigen bajo el siguiente código de colores:

Negro: Los números en color negro indican terminales de los dispositivos que están conectados internamente en el módulo de entrenamiento.

Rojo: Los números en color rojo indican el número de bornera al que está conectado el terminal del dispositivo, es decir, existe en las tablas de conexión.

Verde: Los números de color verde y que tienen el prefijo E, indican terminales de dispositivos que no están en el módulo de entrenamiento, es decir, son dispositivos externos que no existen en las tablas de conexión.

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Figura 5. Esquema de Conexión de Arranque en Delta

Etapa de Potencia

Iniciando con la conexión de la etapa de potencia, se considera lo siguiente: las tres fases (L1, L2 y L3) van conectadas directamente al disyuntor (Mini Breaker); luego, las salidas del disyuntor alimentan las entradas 1, 3 y 5 de un Contactor al que denominaremos como K1. Esta conexión, tal como se puede apreciar en la Fig. 5, ya está realizada internamente en los módulos de entrenamiento, por lo tanto, se puede obviar.

Lo siguiente es ubicar las borneras que contienen las salidas del Contactor K1, las cuales se conectan respectivamente con las entradas 1, 3 y 5 del Relé Térmico Bimetálico. Luego, de las salidas del Relé Térmico Bimetálico se alimenta a las entradas U1, V1 y W1 del motor, tal como se ve en la Fig. 6. Para la configuración en Delta del motor, se debe realizar el arreglo de las bobinas del motor en las borneras correspondientes, que van desde el 1 hasta el 6 del riel N°1 y se duplican en las borneras del 7 hasta el 12.

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