Arranques

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

“ARRANQUE DE MOTORES TRIFASICOS”

MATERIA:

INSTALACIONES INDUSTRIALES

PROFESOR:

ING. CARLOS CHAVEZ

ALUMNO:

JIMMY JESUS BAQUE QUINDE

CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA

2013-2014

ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS

1.- Introducción

Durante el arranque de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores del entorno, sobre todo si no se ha tenido en cuenta a la hora de calcular la sección de la línea de alimentación.

A fin de poner remedio a estos inconvenientes, los Reglamentos limitan el uso de motores de arranque directo que superen cierta potencia. Los motores de jaula de ardilla son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de in equipo simple.

En los motores de jaula de ardilla, únicamente son accesibles los terminales del devanado del estator en la placa de bornes. Dado que el fabricante determina las características del motor, los distintos procesos de arranque consisten principalmente en hacer variar la tensión en las bornes del estator. En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reducción de la punta de corriente conlleva de manera automática una fuerte reducción del par.

2.- Tiempo de arranque

La intensidad de arranque de un motor de inducción es siempre mucho más alta que la intensidad nominal, y un exceso en el tiempo de arranque produce una elevación de temperatura que puede ser perjudicial para el motor.

Además, esta sobre intensidad lleva consigo esfuerzos electromecánicos. Los fabricantes suelen establecer un tiempo de arranque máximo en función del tamaño del motor y de la velocidad. La norma IEC 34-12, en lugar del tiempo de arranque, especifica el momento de inercia permitido de la máquina accionada.

Para motores pequeños el esfuerzo térmico es mayor en el devanado del estator, mientras que en motores grandes es mayor en el devanado del rotor.

Si se conocen las curvas del par de motor y de la carga, el tiempo de arranque se puede calcular integrando la ecuación:

Dónde:

M = par del motor, Nm

Mr = par resistente o de carga

JM = momento de inercia del motor, kgm2

Jr = momento de inercia de la carga, kgm2

ω = velocidad angular del motor

3.- Par en función de la variación de la tensión

Casi sin excepción, la intensidad de arranque disminuye algo más que proporcionalmente respecto a la tensión. Así, a 90% de la tensión nominal el motor consume entre el 87 y el

89%. El par de arranque es proporcional al cuadrado de la intensidad. El par suministrado al 90% de la tensión nominal es, por tanto, del 75 al 79% del par de arranque nominal.

Si la tensión se desvía de la tensión nominal del motor, el par del motor variará aproximadamente en proporción al cuadrado de la tensión. Es, por tanto, vital que los cables que suministran energía al motor estén dimensionados generosamente para asegurar que no haya caída de tensión significativa durante el arranque o cuando el motor está en marcha.

4.- Arranque de motores asíncronos trifásicos

Denominamos arranque al proceso de puesta en marcha de una máquina eléctrica. En el caso de los motores asíncronos, para que esta operación pueda llevarse a cabo, es preciso, que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga, de esa forma se obtiene un momento de aceleración que obliga a girar al motor a una velocidad cada vez más elevada, alcanzando el régimen permanente cuando se igualan los pares motor y resistente.

El proceso de arranque va acompañado de un consumo elevado de corriente. La Instrucción MIE BT 034, Aptdo. 1.5, del Reglamento Electrotécnico para B.T., fija los límites de la

relación corriente de arranque/corriente de plena carga, según se indica en la siguiente tabla:

Para reducir las corrientes en el momento de la puesta en marcha de un motor, se emplean métodos especiales de arranque, según que la máquina tenga su rotor en forma de jaula de ardilla o con anillos. Los principales métodos de arranque son los siguientes:

Arranque directo

Arranque estrella triángulo

Arranque estatórico por resistencias

Arranque por autotransformador

Arranque de los motores de rotor bobinado

Arranque electrónico

1. MÉTODO DIRECTO

Se trata de un sistema de arranque en un único tiempo. Es el más usado en motores eléctricos que accionan bombas de pequeña potencia. El bobinado del motor se conecta directamente a la red.

El motor arranca con sus características normales con una fuerte punta de intensidad. Esta punta puede llegar a ser hasta 8 veces la intensidad nominal. El par inicial de arranque puede llegar a ser de 1,5 veces el nominal, lo cual ocurre al 80% de la velocidad nominal.

Funcionamiento

El sistema de arranque está constituido por el motor de arranque, el interruptor, la batería y el cableado. El motor de arranque es activado con la electricidad de la batería cuando se gira la llave de puesta en marcha, cerrando el circuito y haciendo que el motor gire. El motor de arranque conecta con el cigüeñal del motor de combustión por un piñón conocido como piñón bendix de pocos dientes con una corona dentada reductora que lleva incorporada el volante de inercia del motor térmico. Cuando el volante gira más rápidamente que el piñón, el bendix se desacopla del motor de arranque mediante rueda libre que lo desengrana, evitando daños por exceso de revoluciones. En el caso de los automóviles, el motor de arranque se desacopla mediante una palanca activada por un solenoide (un electroimán) que está sujeto al cuerpo del motor de arranque. En otros casos (motocicletas y aviación ligera) el relé va montado separado y sólo alimenta la corriente; el acople/desacople del piñón bendix se realiza por inercia y rueda libre, con un estriado en espiral. Cuando arranca el motor térmico la diferencia de velocidades expulsa al piñón hacia atrás.

A continuación se adjuntan las curvas de intensidad/velocidad y de par/velocidad del motor con este tipo de arranque.

2. ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO

Con independencia del arranque directo, el arrancador estrella-triángulo es el sistema de arranque más utilizado en los motores asíncronos de inducción.

Consiste en arrancar el motor con conexión estrella a una tensión √3 veces inferior a la que soporta el motor para este tipo de conexión, transcurrido un cierto tiempo, cuando el momento desarrollado por el motor conectado en estrella M γ iguale al momento de la carga (alrededor del 80% de la velocidad nominal) conmutar las conexiones de bobinas del motor a triángulo.

Explicación técnica.

Como se ha indicado anteriormente, el bobinado recibe una tensión √3 veces menor que la nominal o asignada a este tipo de conexión, por lo que el par y la intensidad absorbida se hace √3 veces menor.

Si tenemos en cuenta que en un sistema trifásico conectado en triángulo, la corriente de línea es √3 veces mayor que la de fase y, en el sistema estrella las intensidades de línea es igual que la de fase, se llega a la conclusión que la corriente absorbida es también √3 menor en el arranque en estrella. Si prueba así, que la reducción de √3 veces por la tensión y √3 por la intensidad, da como resultado una reducción de √3 * √3 =3 veces la corriente absorbida en comparación con el arranque directo.

Esta explicación se puede demostrar matemáticamente del siguiente modo:

En la siguiente gráfica se pueden apreciar las relaciones entre las corriente de arranque y los momentos en un sistema estrella-triángulo, donde Mi es el momento resistente de la carga en unas condiciones particulares y Mi’ en otras más favorables.

Los esquemas de la automatización del arranque mediante contactores de un arrancador estrella-triángulo son los que se indican en la siguiente figura.

3. ARRANQUE ESTATORICO POR RESISTENCIAS

Consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida mediante la inserción de resistencias en serie con los devanados. Una vez estabilizada la velocidad, las resistencias se eliminan y el motor se acopla directamente a la red. Para controlar la operación, normalmente, se suele utilizar un temporizador.

Durante este tipo de arranque, el acoplamiento de los devanados del motor no se modifica, por tanto, no es necesario que las dos extremidades de cada devanado lleguen a la placa de bornes.

El valor de la resistencia se calcula en base a la punta de corriente que no se debe superar durante el arranque, o al valor mínimo del par de arranque necesario teniendo en cuenta el par resistente de la máquina accionada.

Generalmente, los

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