EL MOTOR

I.E.S.Mara Ibars

3 EL MOTOREl motor elctrico es una mquina capaz de convertir energa elctrica en energa mecnica (fig. 3.1).

E. ELCTRICA

MOTOR

E. MECNICA

Figura 3.1. Transformacin de la energa en un motor

3.1 PARTES DE UN MOTOR ASNCRONOEl motor asncrono consta bsicamente de dos partes distintas: el estator y el rotor. En los apartados que siguen describiremos las dos partes.

Figura 3.2 Partes del motor asncrono

3.1.1 EL ESTATOR El estator (fig. 3.3) es la parte fija del motor. Est constituida por una carcasa en la que est fijada una corona de chapas de acero de calidad especial y provista de ranuras. Los bobinados estn distribuidos en estas ltimas, y forman un conjunto de devanados que contienen tantos circuitos como fases de la red de alimentacin.

Figura 3.3 Estator de un motor asncrono

Jos J. Miralles Prez

45

EL MOTOR 3.1.2 EL ROTOR

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El rotor (fig. 3.4) es la parte mvil del motor. Est situado en el interior del estator y constituido por un apilamiento de chapas de acero formando un cilindro solidario con el rbol del motor.

Figura 3.4 Rotor en cortocircuito

Uno de los motores asncronos ms utilizados es el motor de jaula de ardilla o rotor en cortocircuito. Segn el tipo de jaula podemos dividir el rotor en: Rotor de jaula simple. Rotor de jaula doble.

En los agujeros o ranuras, dispuestas hacia el exterior del cilindro y paralelamente a su eje, se colocan los conductores.

Rotor de jaula de ardilla

Rotor de doble jaula

Rotor de ranura profunda

Figura 3.5 Conductores y ranuras del rotor de un motor asncrono

Cada extremo de estos conductores se conecta a una corona metlica (fig. 3.5). El conjunto tiene el aspecto de una jaula de ardilla, de donde proviene el nombre de este tipo de rotor. En determinados motores, la jaula de ardilla est enteramente moldeada. Tanto para los conductores como para las aletas de refrigeracin, se suele utilizar el aluminio inyectado a presin. Las aletas de refrigeracin, hechas en la misma operacin, hacen masa con el rotor. Estos motores tienen un par de arranque relativamente pequeo, y la intensidad absorbida en la puesta en tensin es muy superior a la intensidad nominal. El rotor de jaula doble contiene dos jaulas concntricas, una exterior bastante resistente y otra interior de menor resistencia. 3.1.3 CAJA DE BORNES El bobinado del estator termina en la caja de bornes. Como es un motor trifsico, tenemos tres bobinas, con lo que hay seis extremos de bobina. Las denominaciones oficiales de los bornes son: U, V y W. A continuacin de las letras llevan un nmero (1 2) que nos indica si es la entrada o la salida.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR As pues, los bornes de un motor tienen la siguiente denominacin: Entradas: U1, V1 y W1 Salidas: U2, V2 y W2

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En motores y esquemas antiguos, podemos encontrar una denominacin distinta a la anterior, y es la siguiente: Entradas U, V y W Salidas; x, y, z

La caja de bornas (fig. 3.6) se representa con un cuadrado y 6 crculos, que referencian los principios y finales de las bobinas.U1 V1 W1

W2

U2

V2

Representacin de la caja de bornes

Dibujo de una caja de bornes

Caja de bornes de un motor

Figura 3.6. Caja de bornes de un motor asncrono trifsico

3.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASNCRONO TRIFSICOEl principio de funcionamiento de los motores asncronos est basado en la produccin de un campo magntico giratorio en el estator, el cual induce una f.e.m. y una Intensidad en el rotor. Como la Intensidad del rotor es elevada, se crea un campo magntico en los conductores del mismo sentido, lo cual hace que los dos campos se repelan y el rotor gire. El rotor sigue el campo magntico giratorio creado por el estator. 3.2.1 VELOCIDAD DEL CAMPO MAGNTICO GIRATORIO La velocidad del campo giratorio viene dado por la formula:n= 60f p

Donde: n= revoluciones por minuto (rpm). f= frecuencia (Hz) p= pares de polos La velocidad del rotor es inferior a la del campo giratorio, y por eso este tipo de motor se llama "asncrono". En los motores trifsicos, el campo giratorio es producido por tres bobinados fijos geomtricamente decalados 120 y recorridos por corrientes alternas con el mismo desfase elctrico. La composicin de los tres campos alternos producidos forma un campo giratorio de amplitud constante. En la figura 3.7 se han representado los vectores correspondientes a las tres fases L1, L2 y L3, alimentando a las bobinas del motor U1, V1 y W1 respectivamente. Las bobinas del motor se han bobinado de forma que cuando la corriente es positiva, en la entrada de la bobina se crea un polo Norte (N) y en la salida un polo Sur (S) y cuando la corriente es negativa, al contrario.Jos J. Miralles Prez

47

EL MOTOR En el primer diagrama vectorial se ha supuesto que la fase L1 esta en un ngulo de 0, y por tanto la bobina U1 - U2 no crea ningn campo magntico. La fase L2 est en un ngulo de 120, por tanto es positiva y crea en V1 un polo N mientras que en V2 se crea un S. La fase L3 est en un ngulo de 240, por tanto es negativa y crea en W1 un polo S, mientras que en W2 se crea un N. Como el campo magntico va de Norte a Sur, la resultante del campo magntico es una lnea horizontal con direccin derecha izquierda. En los dems diagramas vectoriales se ha ido girando el diagrama 60 hasta completar los 360. Siguiendo la misma metodologa utilizada para el primer diagrama vectorial para el resto de diagramas, vemos que la componente del campo magntico va girando tambin 60 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj.

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L2-V L1-U L2-V

L1-U

L1-U L3-W L1-U

L3-W

L3-W

L3-W

L2-V

L2-V

U1 V2 W2 V2

U1 N N W2 V2 N

U1 N W2 V2

U1 W2

S

N

N N

S S

W1

S

N

V1

W1

S S U2

V1

W1

S S U2 V1

W1

V1 U2

U2

L3-W L2-V L3-W

L2-V

L2-V L1-U L2-V L1-U L3-W

L1-U

L1-U

L3-W

U1 V2 S S N N U2 W2 V2

U1 S S W2 V2

U1 W2 V2

U1 W2

S

N N

N N

S S

W1

V1

W1

N N U2 V1

W1

S

V1 U2

W1

V1 U2

Figura 3.7. Campo magntico giratorio

3.2.2 CONEXIONES DE UN MOTOR ASNCRONO TRIFSICO La conexin de los tres grupos de bobinas en el estator puede hacerse en "estrella" o en "tringulo", segn sea la unin de los extremos de las bobinas. En la figura 3.28 vemos cmo se realiza la conexin tringulo, la figura que da origen a su nombre as como la relacin que existe entre las tensiones de fase y lnea y las relaciones entre las intensidades de fase (intensidad que atraviesa una bobina) y lnea (intensidad que circula por la lnea de alimentacin). Se puede observar que la tensin de fase y la de lnea son iguales, mientras que la intensidad de fase es raz de 3 veces menor que la que circula por la lnea.

UL

If =

IL 3

Ul = UfU1 V1 W1 IL W1 V2

Uf Tensin de fase, Tensin en bornes de la bobina UL Tensin de lnea, Tensin entre fasesV1 U2

W2

U2

V2 W2 U1

If

If Intensidad de fase IL Intensidad de lnea

Uf

Figura 3.8 Conexin de un motor en tringuloJos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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En la figura 3.9 vemos como se realiza la conexin estrella, la figura que da origen a su nombre as como la relacin que existe entre las tensiones de fase y lnea y las relaciones entre las intensidades de fase (intensidad que atraviesa una bobina) y lnea (intensidad que circula por la lnea de alimentacin. Se puede observar que, en este caso, la intensidad de fase y la de lnea son iguales, mientras que la tensin de fase es raz de 3 veces menor que la que circula por la lnea.L1 L2 L3

Il = IfUL

Uf =U1 V1 W1 U1 IL W2 U2 V2

Ul 3

Uf Tensin de fase, Tensin en bornes de la bobinaUf

UL Tensin de lnea, Tensin entre fases If Intensidad de fase IL Intensidad de lnea

If W1

U2

V2 V1

W2

Figura 3.9. Conexin de un motor en estrella Los motores trifsicos, por tanto, pueden funcionar con dos tensiones de lnea, pero las bobinas del motor estn calculadas para funcionar, tanto en la conexin estrella como la conexin tringulo, a la misma tensin de fase, la tensin de tringulo. En los catlogos de los fabricantes lo normal es encontrarnos con motores de 400 V. Es la tensin nominal o de tringulo, y en base a ella se dan todas las caractersticas.

3.3 ARRANQUES DE MOTORES3.3.1 ARRANQUE DIRECTO Es un sistema de arranque obtenido en un solo tiempo: el estator del motor se acopla directamente a la red. El motor arranca con sus caractersticas naturales y con una fuerte punta de intensidad (Ia) y un fuerte par de arranque (Ma) (fig. 3.10). Este procedimiento es ideal si es tolerable la punta de intensidad, y el par inicial de arranque del motor (fijado por el tipo de construccin del rotor y cerca de 2 veces el par nominal (Mn)) es el conveniente para la puesta en marcha de la mquina. En la puesta en tensin, la punta de intensidad es muy elevada, del orden de 4 a 8 veces la intensidad nominal. El par durante el Figura 3.10 Caractersticas de arranque es siempre superior al nominal, sobre todo para los par e Intensidad de un motor motores modernos de jaulas complejas. Es mximo cuando el motor alcanza el 80% de su velocidad, y a partir de este momento, la punta de intensidad est considerablemente amortiguada. Este sistema permite arrancar las mquinas incluso en plena carga, si la red admite la punta de corriente en el momento del arranque. Es, pues, indicado para las mquinas de pequea y mediana potencia.Jos J. Miralles Prez

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Sin embargo, como el par en el momento de la puesta en tensin es cerca 2 Mn, este procedimiento no est recomendado si el arranque debe hacerse lenta y progresivamente (determinados montacargas, cintas transportadoras, etc.). En el arranque de un motor tambin hay que tener en cuenta lo que dice el REBT en la ITC 47: Los motores de potencia superior a 0,75 kilovatios 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 la tabla 1MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Potencia nominal Constante mxima de proporcionalidad del motor entre la intensidad de la corriente de kW arranque y de la de plena carga De 0,75 a 1,5 De 1,5 a 5,0 De 5,0 a 15,0 De ms de 15,0 4,5 3,0 2,0 1,5

Tabla 3.1 Relacin entre la Intensidad de arranque y la nominal

As, en motores de gran potencia se deber utilizar algn mtodo de arranque que permita reducir la relacin entre la intensidad de arranque y la nominal. 3.3.1.1 CMO DECIDIR SI EL MOTOR SE CONECTA EN TRINGULO O EN ESTRELLA Como el motor se puede conectar en estrella o tringulo, debo decidir cul es la conexin que debo realizar en el motor. Para ello hemos diseado este cuadro.Eleccin de la conexin de un motor asncrono trifsico de rotor en jaula de ardilla

Identifica la tensin de lnea UL

No

Coincide UL con alguna tensin del motor

Si

Cambia el motor

No

Coincide UL con la tensin mayor de motor

Si

Conecta en tringulo

Conecta en estrella

Figura 3.11 Diagrama eleccin de la conexin de un motor trifsicoJos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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3.3.1.2 CONEXIN DE UN MOTOR CON ARRANQUE DIRECTO MEDIANTE CONTACTORES Para la conexin de un motor con arranque directo mediante contactores utilizaremos dos esquemas: Esquema de fuerza Esquema de mando

El esquema de fuerza representa los cables que alimentan al motor, incluye las protecciones y los contactos de fuerza del contactor. En la figura 3.12 vemos una representacin tpica del esquema de fuerza para el arranque directo de un motor mediante contactor. Los elementos de proteccin representados son: Un Interruptor automtico de curva magntica (Q1) para la proteccin contra cortocircuitos y, Un rel trmico (F1) para la proteccin contra sobrecargas.

El interruptor automtico puede ser sustituido por fusibles tipo aM. Otra posibilidad que existe es sustituir tanto Q1 como F1 por un disyuntor. En condiciones de funcionamiento normales, la apertura y cierre del circuito es ejercida por el contactor (KM1)Figura 3.12 Esquema de fuerza

El esquema de mando representa los cables que conectan los elementos de mando del contactor (pulsadores, sealizaciones, etc.). 3.3.1.3 ELECCIN DE LOS ELEMENTOS COMPONEN EL ESQUEMA DE FUERZA QUE

Para la eleccin de los elementos que componen el circuito de fuerza, es necesario conocer la intensidad nominal del motor o la carga que se tenga que controlar. Para la conocer la intensidad nominal del motor tenemos varias posibilidades: a- La placa de caractersticas del motor (fig. 3.13) b- Conocido el motor, consultar el catlogo del fabricante (fig. 3.14) c- Calcularla.Figura 3.13 Placa de caractersticas de un motor

Si tenemos que calcular la Intensidad nominal del motor, necesitaremos los siguientes datos: Potencia Rendimiento Factor de potencia (cos ) Tensin

Como se ha dicho al principio de este trabajo, el motor convierte la energa elctrica en energa mecnica. Como en todas las transformaciones, hay unas prdidas. Las prdidas son debidas a la resistencia del cable del bobinado del motor, la dispersin del flujo magntico (no se aprovecha todo), el rozamiento del rotor, etc.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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Figura 3.14 Datos de un catlogo de motores ABB

La potencia que figura en la placa de caractersticas y el catlogo del fabricante es la potencia mecnica o til, por tanto habr que calcular primero la potencia elctrica absorbida de la red. Para el clculo de la potencia absorbida utilizaremos la siguiente frmula:Pab = Pu

Donde: Pab Potencia elctrica absorbida de la red Pu Potencia mecnica o til rendimiento en tanto por unoEjemplo 1 Un motor de 5,5 kW tiene un rendimiento del 86%. Calcula la potencia elctrica. Solucin: Aplicando la frmula de la potencia absorbida tenemos: Pab = Pu 5,5 1000 = = 6.395W 0,86

Una vez conocida la Potencia elctrica, calculamos la Intensidad nominal del motor con las siguientes frmulas:In =Jos J. Miralles Prez

Pab 3U cos

Motor trifsico

[1] 52

EL MOTORIn = Pab U cos

I.E.S.Mara Ibars Motor monofsico [2]

Una vez conocida la Intensidad nominal, elegimos las caractersticas de los elementos de proteccin y del contactor del circuito.Ejemplo 2 Tenemos un motor monofsico con una potencia de 0,75 kW; = 85%; cos = 0,8 y tensin U = 230 V. Calcula la Intensidad nominal. Solucin: Primero calculamos la potencia elctrica absorbida: Pab = Pu 0,75 1000 = = 822,4W 0,85

Ahora calculamos la Intensidad nominal con la frmula [2]: In = Pab 822,4 = = 4,46A U cos 230 0,8

Ejemplo 3 Una mquina es movida por un motor trifsico con las siguientes caractersticas: Potencia 7,5kW; = 87%; cos = 0,9 y tensin U = 400 V. Calcula la Intensidad nominal. Solucin Primero calculamos la potencia elctrica absorbida: Pab = Pu 7,5 1000 = = 8620,7W 0,87

Ahora calculamos la Intensidad nominal con la frmula [1]:In = Pab 3U cos = 8620,7 3 400 0,9 = 13,8A

3.3.1.4 ESQUEMA DE MANDO En el esquema de mando se representan las conexiones de los elementos utilizados para el gobierno del contactor (pulsadores, bobina, etc.) En la figura 3.15 vemos un esquema de mando tpico para el arranque directo de un motor mediante contactor. Por el circuito de mando, la intensidad que circula es muy baja, puesto que la impedancia de los elementos de consumo (bobinas, pilotos, etc.) es muy elevada. Para el clculo de la intensidad del elemento de proteccin, en este caso un magnetotrmico, bastar con sumar las intensidades de todas las ramas en paralelo. Las caractersticas de consumo las podemos encontrar en los catlogos de los fabricantes. 53

Figura 3.15 Circuito de mandoJos J. Miralles Prez

EL MOTOR

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Ejemplo 4 En el circuito de mando de la figura 3.15, segn los datos del fabricante sabemos que la bobina del contactor tiene una impedancia de 756 y que los pilotos luminosos tienen un consumo de 2 mA. Calcula la intensidad total del circuito. Solucin: Calculamos la intensidad que consume la bobina del contactor:I= U 230 = = 0,30A Z 756

Como tenemos dos pilotos, la intensidad de los pilotos ser: Ip = 2 25 mA = 50 mA = 0,050 A La intensidad total ser: IT = 0,30 + 0,050 = 0,35 A

3.3.1.5 INVERSIN DE GIRO DE UN MOTOR ASNCRONO TRIFSICO Como ya se indic en anteriormente, el rotor del motor asncrono tiende siempre a girar en el mismo sentido que gira su campo magntico. El sentido de ste depende de la sucesin en que se hayan aplicado las fases de la lnea de alimentacin al devanado del estator. 3.3.1.5.1 CAMPO MAGNTICO GIRATORIO Un bobinado trifsico de corriente alterna, alimentado por un sistema trifsico de corrientes, produce un campo magntico de valor constante, pero giratorio, con velocidad igual a la de sincronismo.L1-U L1-U L2-V L1-U L3-W L1-U L3-W

L2-V

L3-W

L3-W

L2-V

L2-V

Anteriormente se ha visto como se produca el campo magntico giratorio. En ese caso, las fases se conectaban de la siguiente forma (fig. 3.16): L1 U1 L2 V1 L3 W1

U1 V2 W2 V2

U1 N N W2 V2 N

U1 N W2 V2

U1 W2

S

N

N N

S S

W1

S

N

V1

W1

S S U2

V1

W1

S S U2 V1

W1

V1 U2

U2

L3-W L2-V L3-W

L2-V

L2-V L1-U L2-V L1-U L3-W

L1-U

Ahora vamos a ver que ocurre con el campo magntico giratorio cuando cambiamos dos fases.L3-W

L1-U

En la figura 3.17, las fases se conectan de la siguiente forma: L1 U1 L2 W1 L3 V1

U1 V2 S S N N U2 V1 W2 V2

U1 S S W2 V2

U1 W2 V2

U1 W2

S

N N

N N

S S

W1

W1

N N U2 V1

W1

S

V1 U2

W1

V1 U2

Figura 3.16. Campo magntico giratorio a derechas

Recordemos que es el mismo motor.

Jos J. Miralles Prez

54

EL MOTOR Como se puede ver en la figura 3.17, el campo magntico gira en el sentido de las agujas del reloj. Por tanto, se ha invertido el sentido de giro. La inversin de giro es posible manual o automticamente contactores. En este ltimo caso, de control est compuesto contactores. realizarla mediante el equipo de dos

I.E.S.Mara Ibars

L2-W L1-U L2-W

L1-U

L1-U L3-V L1-U

L3-V

L3-V

L3-V

L2-W

L2-W

U1 V2 W2 V2

U1 N N W2 V2

U1 N N W2 V2

U1 W2

N

S

S

N

W1

N

S

V1

W1

S S U2

V1

W1

S S U2

V1

W1

S

N

V1

U2

U2

Se debe tener en cuenta que durante la conmutacin tiene que intercalarse una pausa suficientemente extensa para que se extinga el arco en el aparato que desconecta antes de conectar el segundo aparato de maniobra. Para esto, los contactores deben estar enclavados elctrica y/o mecnicamente.

L3-V L2-W L3-V

L2-W

L2-W L1-U L2-W

L1-U

L1-U

L1-U

L3-V

L3-V

U1 V2 S S N N V1 W2 V2

U1 S S W2 V2 N N

U1 W2 V2 N

U1 N W2

S

Normalmente, en los inversores se utiliza un sistema muy simple de enclavamiento, el cual consiste en conectar en serie con la bobina de un contactor un contacto auxiliar Figura 3.17 Campo magntico giratorio a izquierdas normalmente cerrado del segundo contactor, y viceversa. Al propio tiempo, y con objeto de proporcionar una mayor seguridad al conjunto, el inversor puede disponer de un enclavamiento mecnico.N S U2 U2 U2 U2

W1

W1

N

V1

W1

S V1

S W1 V1

A continuacin se desarrollar un estudio sobre inversores de giro automticos para el accionamiento de motores asncronos trifsicos, exponindose, en primer lugar, la parte que hace referencia al circuito de fuerza y, a continuacin, la del circuito de mando. 3.3.1.6 CIRCUITO DE FUERZA DE INVERSORES TRIFSICOS La inversin de las dos fases, necesaria para efectuar la inversin de giro de un motor asncrono trifsico, es posible realizarla sobre dos contactos cualquiera de los contactores, lo mismo a la entrada que a la salida de aquellos. En la figura 3.18, se indican las conexiones del circuito principal perteneciente a un inversor de giro para motor trifsico mediante contactores, pudindose comprobar sobre el mismo que la inversin de las fases (L1 y L3) de la lnea tiene lugar a la salida de los contactos (1 -2 y 5 - 6 ) de ambos contactores, permaneciendo inalterable la fase (L2) de la lnea, que se encuentra conectada a los bornes (3-4) de los mismos. La conexin del contactor KM1 une las fases (L1 - L2 - L3) con los extremos (U1 V1 W1) del motor, respectivamente, dando lugar al funcionamiento del motor con sentido de giro izquierda, mientras que la conexin del contactor KM2 comunica las fases (L1 - L2 - L3) con (W1 V1 U1), respectivamente, invirtindose con ello el sentido de giro del motor.

Figura 3.18 Esquema de fuerza para la inversin de giro de un motor asncrono trifsico

Jos J. Miralles Prez

55

EL MOTOR 3.3.1.7 CIRCUITOS DE MANDO DE INVERSORES DE GIRO AUTOMTICOS

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Adems del accionamiento manual por interruptor, podemos realizar diferentes tipos de accionamientos automticos. A continuacin vamos a enumerar algunos de los tipos que podemos encontrarnos en la prctica: Inversin de giro pasando por paro: figura 3.19. Inversin de giro sin pasar por paro: figura 3.20. Inversin de giro con un pulsador de marcha y uno de paro e interruptores de posicin Inversin de giro con un pulsador de paro y uno de marcha y temporizando la inversin.

Figura 3.19. Circuito de mando para una inversin de giro de un motor asncrono trifsico pasando por paro

El resto de esquemas se dejarn para ms adelante, una vez se hayan estudiado los detectores y los temporizadores.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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Figura 3.20. Circuito de mando para una inversin de giro de un motor asncrono trifsico sin pasar por paro

3.3.2 ARRANQUE DE MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO A TENSIN REDUCIDA Cuando tenemos motores de gran potencia, para poder cumplir con la tabla 3.1 se tiene que limitar la intensidad de arranque. En los motores de rotor en cortocircuito, esto se efecta por el arranque a tensin reducida. Los mtodos de arranque a tensin reducida son los siguientes: Arranque por conmutacin estrella tringulo. Arranque por resistencias estatricas. Arranque por autotransformador.Figura 3.21 Esquema de fuerza para un arranque estrella/tringulo

El principio del arrancador a tensin reducida consiste en alimentar el motor, durante un cierto perodo del arranque, con una tensin inferior a la de la lnea, con lo que la intensidad de arranque se reduce a losJos J. Miralles Prez

57

EL MOTOR valores deseados, y con ella tambin el par. No obstante, hay que tener en cuenta que si bien la intensidad vara casi en proporcin directa con la tensin aplicada, el par lo hace con el cuadrado de dicha tensin. 3.3.2.1 ARRANQUE POR CONMUTACIN ESTRELLA / TRINGULO Es el procedimiento de arranque a tensin reducida ms difundido por Europa. Es aplicable a motores de rotor en cortocircuito (no a todos, depende de la tensin de la lnea y la tensin del motor). El arranque tiene lugar en tres tiempos. 3.3.2.2 ETAPAS DE ARRANQUE 3.3.2.2.1 PRIMER TIEMPO: ACOPLAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS EN ESTRELLA

I.E.S.Mara Ibars

Figura 3.22 Curvas de par e intensidad en un arranque estrella /tringulo

Al estar los bobinados del motor conectados en estrella (fig. 3.23), los bobinados del motor recibirn una tensin UZ = UL/1,73. El par de arranque en estrella, que llamaremos M, estar en la siguiente proporcin con respecto al par nominal Mn:( UL )2 1 3 = 2 3 Un

M U2 = 2 = Mn Un M=

Mn 3

La corriente de arranque en estrella estar, con respecto a la corriente de arranque en tringulo, en la siguiente relacin:ILE = IFE = ILT = 3IFT = UL ILE = ILT 3ZF 3UL ZF ILT 3 = 1 3Figura 3.23. Primer tiempo, conexin estrella

UL 3ZF 3UL ZF

ILE =

Segn esto, se deduce que el motor arrancar a tensin reducida, con una punta de corriente y un par reducidos a 1/3 del valor que tomaran en arranque a plena tensin. 3.3.2.2.2 SEGUNDO TIEMPO: TRANSICIN DEL PRIMER AL SEGUNDO TIEMPO El paso del primer al segundo tiempo no puede ser inmediato, ya que la desconexin del motor en estrella tampoco es instantnea, sino que es un proceso acompaado de arcoJos J. Miralles Prez

Figura 3.24 Cronograma del arranque estrella tringulo

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EL MOTOR

I.E.S.Mara Ibars elctrico entre contactos, y hasta que la desconexin estrella no se ha completado no puede iniciarse la conexin del motor en tringulo. De ser as, se producira un cortocircuito entre las tres fases de la lnea de alimentacin a travs del punto de unin en estrella en los puntos U2, V2 y W2. De aqu viene la necesidad de la etapa de transicin, en la que el motor debe estar desconectado o, como mximo, con las tres fases de la lnea conectados a los extremos U1, V1 y W1, pero sin ninguna conexin ms. En un conmutador estrella tringulo a base de contactores, es obvio, pues, que de coincidir los contactores estrella y tringulo se produce un cortocircuito directo. Un sistema para evitarlo es el empleo de un enclavamiento elctrico, lo que es satisfactorio en la mayora de casos, si bien introduce una prolongacin de la pausa en la etapa de transicin.

Si el motor va sobrecargado o no puede acelerar lo suficiente en estrella (del orden de 80 al 90% de la Figura 3.25 Segundo tiempo: apertura de los velocidad sncrona), el contactor estrella deber puentes cortar una intensidad mucho ms alta, lo que puede dar lugar a que an no se haya extinguido el arco elctrico cuando entre el contactor tringulo, con el consiguiente cortocircuito. Como sea que los contactores actuales suelen ser muy rpidos (tiempo de actuacin 20 ms) pude ser necesario un tiempo adicional de pausa entre la desconexin del contactor estrella y la conexin del contactor tringulo. 3.3.2.2.3 TERCER TIEMPO: ACOPLAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS DEL MOTOR EN CONEXIN TRINGULO El motor adquiere sus caractersticas naturales con una punta elevada de corriente y par (fig. 3.26). Este procedimiento requiere que el par resistente originado por la mquina durante el comienzo del arranque sea muy dbil, y que el acoplamiento en tringulo se efecte, como mnimo, al 80% de la velocidad nominal. El arrancador de este tipo obliga a separar el motor de la red en el momento de la conmutacin, cuando se encuentra en pleno perodo de aceleracin. 3.3.2.3 ELECCIN DEL REL TRMICO El rel trmico es el elemento ms empleado, asociado a contactores, para la proteccin del motor contra las sobrecargas moderadas y prolongadas. El rel se suele conectar a la salida del contactor de lnea, con lo que el motor queda protegido tanto en conexin estrella como en conexin tringulo.Figura 3.26 Tercer tiempo, conexin tringulo

Otra disposicin muy usual para la conexin del rel trmico es colocarlo despus de los contactoresJos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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tringulo y estrella. Con sta conexin, el motor queda protegido tanto en la conexin estrella como en tringulo. En arranques normales, las posiciones del rel trmico antes descritas son independientes, y en ambos casos debe ser ajustado a 1 / 3 veces la intensidad nominal del motor en tringulo. Si el arranque del motor es pesado o lento, la disposicin del rel trmico antes descrita no es adecuada, puesto que durante la etapa de arranque en estrella es posible que se produzca el disparo del mismo, desconectando al arrancador. No es correcto ajustar el rel trmico a un valor superior a 0,58 In, ya que entonces queda anulada su condicin protectora en marcha normal. Para estos casos, se puede seguir uno de los dos sistemas siguientes: a- Conectar el rel trmico a la salida del contactor tringulo y antes de la conexin del contactor estrella. Con esta conexin el motor no queda protegido en la etapa de arranque. b- Conectar un rel trmico a la salida del contactor de lnea y otro a la salida del contactor de tringulo y antes del contactor estrella. El rel trmico conectado en la salida del contactor tringulo debe estar dimensionado para una intensidad de 0,58 In, mientras que el conectado a la salida del contactor de lnea debe regularse en funcin del tiempo necesario para la conmutacin y la punta de intensidad que tenga en el momento de arranque.Ejemplo 5 Un motor de 4 kW de potencia til a 400 V tiene un rendimiento del 85,7% a plena carga y su factor de potencia es de 0,91. El fabricante nos dice que la relacin entre la intensidad de arranque y la nominal es de 7,5. Se pide: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Intensidad nominal. Intensidad de arranque. Intensidad mxima permitida en el arranque. Los componentes del circuito de fuerza. Intensidad del circuito de mando. Indica si el arranque estrella/tringulo cumple con la Tabla 1 de la ITC 47

Solucin: 1.- Intensidad nominal Primero calculamos la potencia absorbida:Pab = Pu 4 1000 = = 4667,4W 0,857

Ahora calculamos la Intensidad nominal

In =

Pab 3U cos

=

4667,4 3 400 0,91

= 7,4A

2.- Intensidad de arranque La intensidad de arranque ser:Ia = 7,5 Ia = 7,5 In = 7,5 7,4 = 55,5A In

Pero al arrancar en estrella, la Intensidad se reduce a la tercera parte. Por tanto:IaE = Ia 55,5 = = 18,5A 3 3

3.- Intensidad mxima permitida en el arranqueJos J. Miralles Prez

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EL MOTORSegn la tabla 1, para una potencia de 4 kW la relacin Ia/In tiene que ser 3. Por tanto:

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Ia = 3 Ia = 3 In = 3 7,4 = 22,2A In

4.- Los componentes del circuito de fuerza Para la proteccin contra cortocircuitos se elije un interruptor de corte magntico de 10 A. Para la proteccin contra sobrecargas, un rel trmico. La intensidad del rel debe ser la de fase:

If =

IL 3

=

7,4 3

= 4,3A

Por tanto, el rel ser el LRD 10. Para la proteccin tambin se puede elegir un disyuntor tipo GV2 P10. El disparo magntico se produce a 13 veces la intensidad de reglaje mxima (13 x 6,3 = 81,9 A). El contactor de lnea y de tringulo se elegirn para la Intensidad de fase (4,3 A). El modelo es el LC1 D09. El contactor estrella puede ser para una intensidad inferior, puesto que su misin es hacer el puente y la intensidad puede ser la mitad. 5.- Intensidad del circuito de mando Segn el esquema de funcionamiento, slo estarn dos bobinas de contactor y un pilo de sealizacin funcionando al mismo tiempo. Las bobinas de los contactores tienen una impedancia de 750 a 230 V, y el consumo de los pilotos de sealizacin es de 25 mA. Por tanto:I= U 230 = = 0,30A Z 756

Las dos bobinas: 0,30 2 = 0,60 A La intensidad total es de: 0,60 + 0,025 = 0,625 A 7.- Indica si el arranque estrella/tringulo cumple con la Tabla 1 de la ITC 47 Como al arrancar en estrella la Intensidad de arranque se reduce a la tercera parte, podemos decir que la relacin Ia/In del catlogo se convierte en lo siguiente:Ia 7,5In Ia = 7,5 Ia = 7,5In Ia = = 2,5In = 2,5 In 3 In

Esta relacin es inferior a 3, que es la mxima permitida. Tambin se pueden comparar las intensidades calculadas en los puntos 2 (Intensidad de arranque) y 3 (Intensidad mxima permitida en el arranque) 18,5 < 22,2

3.3.3 ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATRICAS El principio de este sistema de arranque consiste en intercalar un grupo de resistencias entre la red de alimentacin y el motor durante el perodo de aceleracin. Mediante la cada de tensin en las resistencias de arranque, se reduce la tensin en bornes delJos J. Miralles Prez

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EL MOTOR motor, limitando la intensidad y el par a unos valores previamente fijados.

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Una vez ha transcurrido el periodo de aceleracin, las resistencias se eliminan y se aplica la plena tensin de la lnea al motor. El arranque por resistencias estatricas, a par inicial equivalente, proporciona una punta de intensidad superior a la que se obtendra en el arranque con un sistema estrella/tringulo o con autotransformador. La intensidad absorbida por el motor es la misma que recorre las resistencias, siendo mxima en el momento de la conexin y descendiendo a medida que el motor acelera. Es por ello que la tensin en bornes del motor no es constante durante el perodo de aceleracin, sino que aumenta progresivamente con el incremento de la velocidad, alcanzando al final del arranque un valor prximo al nominal.

Figura 3.27 Conexin del motor y las resistencias

Como consecuencia de lo anterior, tendremos un incremento gradual del par con un arranque rpido. Debido a las resistencias intercaladas, se logra una suavidad en la aceleracin y un alto factor de potencia durante el arranque. Una ventaja muy importante, con respecto al arranque estrella/tringulo, es el poder tener continuidad en la alimentacin del motor sin existir corte de los arrollamientos, con lo que la transicin de arranque a marcha normal se efecta sin perdida de velocidad.

a) Reposo

b) Primer tiempo Figura 3.28 Esquema de fuerza y etapas del arranque

c) Segundo tiempo

3.3.3.1 ETAPAS DE ARRANQUE La puesta en marcha o arranque se realiza en dos o ms etapas:

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3.3.3.1.1 PRIMERA ETAPA: RESISTENCIAS INTERCALADAS ENTRE EL MOTOR Y LA LNEA Conexin del motor en estrella o tringulo, segn la tensin de lnea, y acoplamiento a travs de unas resistencias intercaladas entre la lnea de alimentacin y el motor. En las condiciones de la figura 3.28, la punta de intensidad en el arranque se reduce en la misma proporcin en que queda reducida la tensin compuesta del motor con resistencias Un con respecto a la tensin compuesta de lnea U, es decir, en la proporcin Un/U. En cuanto al par de arranque, su valor queda reducido al cuadrado de la citada relacin, es decir, la proporcin (Un/U)2. 3.3.3.1.2 SEGUNDA ETAPA: ELIMINACIN DE LAS RESISTENCIAS APLICANDO LA TENSIN COMPUESTA DE LNEA AL MOTOR (MARCHA NORMAL). Finaliza el arranque por la eliminacin de las resistencias, una vez el motor haya alcanzado una velocidad cercana a la nominal, con lo que la tensin de lnea U queda aplicada a los bornes del motor, funcionando ya con sus caractersticas naturales. 3.3.3.2 CONEXIN KUSA Para conseguir un arranque suave en la puesta en marcha de motores trifsicos con rotor en jaula de ardilla, se emplea, en algunos casos, la denominada conexin KUSA (fig 3.29). Esta conexin consiste en intercalar, en serie con una sola fase del motor, una nica resistencia o reactancia, la cual es eliminada al finalizar el arranque. Con este sistema de arranque, el campo magntico del motor viene desfigurado y el par de giro adquiere una caracterstica especial, denominada "caracterstica Flyer". Con la conexin KUSA no se consiguen reducciones de la intensidad de arranque mencionables. Es ms, la intensidad de arranque en las dos fases sin resistencia es ligeramente superior al valor que se obtiene con el arranque a plena tensin. S, en cambio, influye este sistema de arranque en el par de giro del motor, de forma que las mquinas accionadas sensibles a los golpes del par de giro pueden entrar perfectamente en funcionamiento, puesto que se consigue reducir el par de arranque al valor que se desee, desde un valor prcticamente nulo con fase cortada, al de la plena tensin sin la resistencia intercalada. 3.3.3.3 ELECCIN DE LOS COMPONENTES DEL ARRANCADOR Los distintos elementos que componen un arrancador estatrico deben ser calculados y elegidos por separado por el propio usuario, siendo necesario para ello disponer de una serie de datos relativos a la lnea de alimentacin, motor y mquina accionada. Nosotros slo nos fijaremos en los contactores y el rel trmico. Como tenemos dos esquemas de conexin, los consideraremos por separado. 3.3.3.3.1 CONTACTORES 1er tiempo. Conexin del contactor KM2. Este contactor deber estar dimensionado para la intensidad de arranque 63

Figura 3.29 arranque KUSA

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EL MOTOR 2 tiempo. Conexin del contactor KM1. Este contactor deber estar dimensionado para una intensidad In o Pn.

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3.3.3.3.2 REL TRMICO. El rel trmico en un arranque normal lo calibraremos para una intensidad In.

Si el arranque es lento (arranque pesado), conectaremos dos rels trmicos, uno a la salida de cada contactor. De este modo, tendremos uno para el periodo de arranque (resistencias intercaladas), calibrado para la intensidad de arranque, y otro para el perodo de funcionamiento normal, calibrado para In. 3.3.4 ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR 3.3.4.1 AUTOTRANSFORMADOR MONOFSICO En la figura 3.30 se representa un autotransformador monofsico conectado a una tensin de alimentacin U1 y frecuencia f, que entre sus bornes 1U1 y 1U2 del arrollamiento de alta tensin tiene N1 espiras, mientras que entre sus bornes 1U2 y 1U3 del arrollamiento de baja tensin tiene N2 espiras. Cuando el autotransformador funciona en vaco (fig. 3.30), por el arrollamiento 1U1 - 1U2 circula una intensidad de vaco I0 pequea con respecto a la de carga, al tomar el autotransformador nicamente el valor necesario para mantener el flujo en el circuito magntico, el cual genera en el arrollamiento primario 1U1 -1U2 una f.e.m. primaria E1. En el arrollamiento secundario 1U2 - 1U3, el mismo flujo magntico genera una f.e.m. secundaria E2.Figura 3.30 Autotransformador Monofsico en vaco

Figura 3.31 Autotransformador Monofsico en carga

Cuando el autotransformador funciona en carga (fig. 3.31), el circuito secundario es recorrido por la intensidad de carga o secundaria I2, con lo que el autotransformador absorbe de la lnea una intensidad primaria I1 mayor que la de vaco. Ello motiva que la intensidad que circula por la parte del arrollamiento comn, 1U2 - 1U3, sea la diferencia entre las intensidades secundaria I2 y primaria. 3.3.4.2 TRIFSICO AUTOTRANSFORMADOR

En un autotransformador trifsico, cada fase est constituida por un arrollamiento igual al que se ha expuesto en la figura 3.30, y as en la figura 3.32 se representa un autotransformador trifsico en estrella con una toma intermedia. El cierre en estrella del autotransformador trifsico de la figura 3.32, y su conexin a la correspondiente lnea trifsica viene indicado en la figura 3.33. En un autotransformador, puede elegirse fcilmente, antes de ponerse en servicio la mquina accionada, la tensin compuesta 64

a) Caja de bornes

b) Conexin estrella

Figura 3.32 Autotrasformador trifsico conectado en estrellaJos J. Miralles Prez

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UT. Para ello puede preverse una serie de tomas en autotransformador trifsico y elegir aquella que permita fijar el momento de arranque necesario para la mquina accionada. Los autotransformadores trifsicos estn previstos, generalmente, para tensiones compuestas secundarias comprendidas entre el 50 y el 80 % de la tensin nominal o compuesta de lnea, siendo usuales autotransformadores trifsicos con una, dos o tres tomas, que suministran tensiones del orden del 50, 65 y 80 % de la nominal, para permitir la eleccin de la tensin ms adecuada para el arranque. El valor de la tensin o tensiones a emplear y el nmero de etapas de arranque es establecido en funcin del valor necesario para el momento de arranque del motor, de su potencia y del par resistente de la mquina que acciona.

a) Bornes autotransformador conectados en estrella

b) Tensiones en los bornes del autotransformador conectado en estrella

A medida que el motor va acelerando, se Figura 3.33 Tensiones en los bornes del pasa la conexin del mismo a las autotransformador sucesivas tomas del autotransformador, para ir aplicando al motor tensiones cada vez ms altas durante el periodo de arranque, desde un valor determinado por las condiciones iniciales de arranque, hasta aplicarle la tensin nominal o tensin compuesta de lnea, obtenindose de esta forma una reduccin de la intensidad en la lnea de alimentacin y del par motor. El autotransformador se pone fuera de servicio cuando el arranque ha finalizado y al motor trifsico se le ha aplicado la tensin nominal o compuesta de la lnea de alimentacin. Una de las ventajas de este sistema de arranque es que el par de arranque puede ser amoldado a al par resistente de la mquina a accionar. Por otra parte, la intensidad que circula por la lnea de alimentacin o circuito primario del autotransformador se reduce, aproximadamente, con el cuadrado de la relacin de tensin del secundario al primario. Las intensidades secundarias, que recorren tambin el circuito del motor, quedan reducidas en la misma proporcin que las tensiones aplicadas al motor. Por lo que respecta a los pares de arranque del motor, stos quedan en la misma proporcin que las intensidades primarias o de lnea, ya que varan con el cuadrado de la tensin aplicada al motor. 3.3.4.3 ETAPAS DE ARRANQUE La puesta en marcha o arranque de un motor mediante el arrancador por autotransformador trifsico se realiza en dos o ms etapas. 3.3.4.3.1 ARRANQUE EN DOS ETAPAS CON CONMUTACIN ABIERTAS Considerando un arranque a tensin reducida en dos etapas mediante el empleo de un autotransformador trifsico con una toma intermedia (fig. 3.34), se tendrn las etapas que a continuacin se describen. 3.3.4.3.1.1 PRIMERA ETAPA: AUTOTRANSFORMADOR INTERCALADO ENTRE EL MOTOR Y LA LNEA (ARRANQUE) Conexin del motor en estrella o en tringulo, y alimentacin del mismo con tensin reducida a travsJos J. Miralles Prez

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de la correspondiente toma del autotransformador conectado a la lnea de alimentacin. La intensidad en el arranque en el lado de la lnea o intensidad de arranque primaria IaL, queda reducida al cuadrado de la relacin de tensiones, es decir en la proporcin (UT/U)2. En cuanto al par de arranque con autotransformador MaT, su valor queda reducido en la misma proporcin del punto anterior, es decir, con (UT/U)2. 3.3.4.3.1.2 SEGUNDA ETAPA: DESCONEXIN DEL AUTOTRANSFORMADOR APLICANDO LA TENSIN COMPUESTA DE LNEA AL MOTOR (MARCHA NORMAL) Una vez el motor ha alcanzado una velocidad cercana a la de rgimen, se procede a desconectar el autotransformador aplicando la tensin compuesta de lnea al motor, el cual queda funcionando con sus caractersticas naturales. El paso de la primera etapa de arranque a la segunda se considera que se efecta con conmutacin abierta (llamada transicin con circuito abierto, lo que quiere indicar que es una disposicin del circuito con el que la intensidad en el motor es interrumpida durante el paso de una etapa a la otra.

a) Esquema de reposo

b) Primera etapa

c) Segunda etapa

Figura 3.34 Esquema de fuerza y etapas de arranque

3.3.5 MOTOR DE DOS VELOCIDADES CON UN ARROLLAMIENTO CONMUTABLE EN CONEXIN DAHLANDER Con el empleo de este tipo de conexin en un solo arrollamiento, se obtiene el mximo rendimiento al mejorar el aprovechamiento de los motores trifsicos de polos conmutables. El aprovechamiento es relativamente grande, y referido al arrollamiento con mayor nmero de polos (velocidad menor), aqul viene a ser de un 80% de la potencia correspondiente del motor trifsico con una sola velocidad. Con este sistema de conexin se puede establecer una relacin de velocidades de 2:1; por ejemplo 4 y 8 polos, lo que a una frecuencia de 50 Hz dan una relacin de velocidades de 1500 y 750 r.p.m.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR respectivamente.

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La conexin Dahlander se caracteriza por subdividir el arrollamiento de cada fase en dos mitades iguales con una toma central en cada una de ellas, y previsto de forma que origine p o 2p polos, para que con una adecuada conmutacin sobre la placa de bornes del motor se obtenga la velocidad

a) Motor desconectado

b) Motor conectado con baja velocidad

c) Motor conectado con alta velocidad

Figura 3.35 Conexionado del motor Dahalander para baja y alta velocidad

deseada (fig. 3.35). De forma elemental, el principio de esta conexin se basa en que si las dos mitades en que se ha subdividido el arrollamiento de cada fase se conecta en serie, el nmero de polos obtenido es el doble que si conectan en paralelo.

Figura 3.36 Datos de catlogo de motores de dos velocidades, conexin Dahlander

3.3.5.1 ELEMENTOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DAHLANDER POR CONTACTORES EN CONEXIN TRINGULO/DOBLE ESTRELLA En la velocidad baja es necesario aplicar la lnea de alimentacin a los bornes U1, V1 y W1, mientras que en la velocidad alta es necesario aplicarla a los bornes U2, V2 y W2 y unir entre s los bornes U1, V1 y W1. Consecuentemente, para la velocidad baja se precisa, como mnimo un contactor tripolar, mientras que para la velocidad alta se precisa, como mnimo, un contactor de cinco polos o dos contactores tripolares para efectuar las citadas uniones. Los contactores que deben conectarse durante la velocidad alta y baja deben estar enclavados entre s para evitar la simultaneidad de las dos conexiones. Lo mismo que el de velocidad alta y estrella lo deben estar para evitar un cortocircuito.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR Se dispondr de dos rels trmicos, uno para cada velocidad.

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a) Circuito en reposo

b) Velocidad lenta Figura 3.36 Esquema de fuerza y etapas de arranque

c) Velocidad rpida

3.3.6 MOTOR DE ANILLOS ROZANTES O ROTOR BOBINADO 3.3.6.1 GENERALIDADES En el motor de anillos rozantes es posible intercalar, en serie con el arrollamiento del rotor, una resistencia adicional regulable que permite ajustar el par y la intensidad de arranque a valores adecuados, existiendo tambin la posibilidad de regular la velocidad del motor entre ciertos lmites. Si este motor arranca en una sola etapa, es decir, con el arrollamiento rotrico cortocircuitado, se tiene una elevada punta de intensidad y un bajo momento de arranque que pueden ser inadmisibles, de forma similar a lo que ocurre con el motor de rotor en cortocircuito. Por ello, en ese tipo de motor no se emplea el arranque directo con el arrollamiento rotrico cortocircuitado. Lo correcto es, pues, que a la vez que se alimenta el estator a la plena tensin de la lnea de alimentacin, se intercale la resistencia adicional en serie con el arrollamiento del rotor.

Figura 3.38 Corte de un motor de rotor bobinado

Este sistema de arranque permite adaptar el par de arranque y las puntas de intensidad correspondientes a las caractersticas propias de la instalacin, y se desarrolla por eliminacin progresiva de las resistencias intercaladas en el circuito rotrico. La eliminacin de la resistencia intercalada en serie con el arrollamiento rotrico puede efectuarse en dos o ms etapas de arranque, adaptando as progresivamente los valores de la intensidad y del momento. 3.3.6.2 ESTATOR DEL MOTOR El estator del motor de anillos rozantes no se diferencia en nada del motor de rotor en cortocircuito. Est formada por una carcasa a la que est fijada una corona de chapas magnticas con unas ranuras en las que se dispone el bobinado del estator. 3.3.6.3 ROTOR DEL MOTOR. Es la parte mvil del motor, y est constituido por un paquete de chapas magnticas con unasJos J. Miralles Prez

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EL MOTOR ranuras para alojar un arrollamiento similar al del estator (fig. 3.39). El arrollamiento del rotor generalmente es trifsico, aunque en algunos casos el constructor adopta un arrollamiento bifsico (aunque el estator sea trifsico), con objeto de poder simplificar la resistencia adicional de arranque.

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Figura 3.39 Rotor La conexin del arrollamiento normalmente viene efectuada en estrella, con los extremos libres conectados a tres anillos solidarios con el rotor, sobre los que descansan sendas escobillas. De aqu el nombre de rotor bobinado o rotor de anillos.

Cuando el motor ya est casi o completamente arrancado, las escobillas se unen entre s, con lo que el arrollamiento del rotor queda cortocircuitado.

3.3.6.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO La conexin del estator a una lnea trifsica origina una corriente alterna en cada grupo de bobinas con un desfase entre ellas de 120, que da lugar a otros tantos campos o flujos magnticos alternos desfasados entre s tanto en el espacio como en el tiempo. La composicin de los tres flujos magnticos da lugar a un nico flujo de amplitud constante que gira en un sentido que est determinado por la sucesin de fases en que hayan sido aplicadas las tres fases de la lnea de alimentacin, y que corta tanto a los conductores del estator como del rotor. Tanto en el estator como en el rotor se inducen Figura 3.40 Esquema de fuerza para el arranque fuerzas electromotrices (en el estator de un motor de rotor bobinado en 4 etapas contraelectromotrices) que dan lugar a corrientes que recorren el arrollamiento y la resistencia adicional. Estas corrientes reaccionan con el flujo magntico giratorio dando lugar a un par motor suficiente para vencer el par resistente y provocar el giro del rotor, que es desplazado en el mismo sentido que el flujo magntico giratorio. Como caractersticas sobresalientes del arrollamiento rotrico se tienen: 1. La tensin rotrica medida entre anillos con el rotor bloqueado y su circuito abierto. 2. La intensidad rotrica a la potencia nominal con el arrollamiento rotrico en cortocircuito. 3.3.6.5 ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Tomando como base la expresin del deslizamiento, pueden considerarse distintos estados de funcionamiento caractersticos del motor: 3.3.6.5.1 MARCHA EN SINCRONISMO Si el rotor se hace girar a una velocidad N2 igual a la del flujo magntico giratorio N1, no existe velocidad relativa entre ambos, por lo que el deslizamiento es nulo. La f.e.m. inducida en el rotor es nula y tambin la intensidad retrica, con lo que el par motor es tambin nulo. Por consiguiente la marcha en sincronismo solo es posible sin par resistente alguno.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR 3.3.6.5.2 MARCHA EN VACO

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Prcticamente se considera que coincide con el caso anterior, es decir, sin par resistente aplicado al eje. El motor absorbe la intensidad de vaco, que es la necesaria para originar el flujo magntico giratorio y un par motor suficiente para vencer las resistencias propias del motor.

1 etapa

2 etapa

3 etapa

4 etapa

Figura 3.41. Etapas del arranque de un motor de rotor bobinado en 4 etapas

3.3.6.5.3 MARCHA EN HIPOSINCRONISMO Este es el caso ms normal de funcionamiento. Tenemos un deslizamiento mayor que cero. En estas condiciones, se induce una f.e.m. en los conductores del rotor que es proporcional al deslizamiento, y da lugar a que por ellos circule una intensidad.Jos J. Miralles Prez

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EL MOTOR

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Tendremos un par motor proporcional a la intensidad del rotor y capaz de vencer un par resistente aplicado al eje. 3.3.6.5.4 MARCHA EN HIPERSINCRONISMO Si hacemos girar el rotor aplicando un par ajeno al originado por el flujo magntico y a una velocidad superior a la de sincronismo, la velocidad relativa del rotor con respecto al flujo magntico, y por consiguiente la f.e.m. e intensidad rotrica, se invierten con respecto al caso anterior. Tambin se invierte el par motor, que acta en estas condiciones en sentido opuesto a la marcha del motor, es decir, como si se tratase de un par resistente. En este caso, la mquina funciona como generador. Esta situacin se aprovecha en las gras, en el movimiento de descenso, para limitar la velocidad.Velocidad del rotor (N2) Induccin de f.e.m. Intensidad en el rotor Par Funcionamiento e SINCRONISMO /VACO N2 = N1 v rotor = v estator f.e.m. = 0 I=0 M=0 En vaco HIPOSINCRONISMO N2 > N1 v rotor > v estator f.e.m. > 0 I>0 M>0 Normal HIPERSINCRONISMO N2 < N1 v rotor < v estator f.e.m. < 0 I