ARRANCADORES PARA MOTORES DE INDUCCION Y MOTORES SINCRÓNICOS
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ARRANCADORESPARA
MOTORES DE INDUCCION Y
MOTORES SINCRÓNICOS
La función de un DRIVE de C. A. es arrancar el motor y controlar su velocidad.
El arranque en motores de inducción se debe realizar de tal manera que no provoque perturbaciones en el alimentador (caídas de voltaje) que hagan funcionar mal a otros equipos conectados al mismo alimentador.
Para no provocar caídas de voltaje excesivas se debe limitar la corriente de arranque, pero cuidando que no se afecte al arranque del motor.
En muchas ocasiones no se necesita un DRIVE y se puede usar un arrancador que limite la corriente de arranque.
Existen varios mecanismos que se pueden implementar para reducir la corriente que el motor toma en el arranque:
a.- Insertar impedancias en serie en las líneas del motor.
b.-Usar un transformador o auto-transformador para reducir el voltaje aplicado al motor.
c.- En motores diseñados para que sus embobinados operen conectados en DELTA se puede implementar un arranque con los embobinados inicialmente conectados en ESTRELLA y luego cambiar a DELTA.
d.- En motores de rotor devanado se puede arrancar con resistencias en serie con el rotor.
Para comprender como se afecta al motor al implementar estas técnicas de arranque se debe entender como afectan a la característica del motor, en particular a la característica corriente del estator versus velocidad y par del motor versus velocidad .
Lo anterior se puede determinar mediante el análisis del circuito equivalente del motor.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR DE INDUCCIÓN
Rs ES LA RESISTENCIA DE LA BOBINA DEL ESTATOR
Xs ES LA REACTANCIA DE DISPERSIÓN DE LA BOBINA DEL ESTATOR
Rr ES LA RESISTENCIA DEL EMBOBINADO DEL ROTOR REFERIDA AL ESTATOR
Xr ES LA REACTANCIA DE DISPERSION DEL EMBOBINADO DEL ROTOR REFERIDA AL ESTATOR
XM ES LA REACTANCIA DE MAGNETIZACIÓN DEL MOTOR
R s jX s jX r
R r/s
jX mVLN
CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN s
ms
s
www
s
Pf4
w
El circuito equivalente se puede desglosar para separar la potencia en el rotor en dos partes: las pérdidas de cobre en el rotor y la potencia convertida de eléctrica a mecánica.Psu =3 Rs I1
2 = Pérdidas de cobre en el estator
Pru=3 Rr Ir2 = Pérdidas de cobre en el rotor
Pd =3 Rr (1-s)/s Ir2 = Potencia convertida ( eléctrica a
mecánica)
R s jX s jX r R r
jX mVLN
CIRCUITO EQUIVALENTE PORFASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
R r(1-s)/sIs Ir
Im
onalesperdrotaciP 2rrsalida I
ss)(1
3RP
Pg =3 Rr /s Ir2 = Potencia que cruza del estator al rotor
Pentrada = 3 VLN Is Cos <VnlIs
EficienciaPsalida/Pentrada
La impedancia del motor se puede obtener de:
scualquier ParajXjX
sR
))(jXjXs
R(
jXRZ
mrr
mrr
ssm
1sarranque ParajXjXR
))(jXjX(RjXRZ
mrr
mrrssarr
m
marr
LNsarr
m
LNs Z
VI
ZV
I
s
g
m
dd w
P
wP
internoPar T
Una vez calculada la potencia convertida se puede calcular el par interno
También se puede calcular el par de salida
m
salidasalida w
PT
Si este proceso se realiza en forma repetitiva para diferentes valores de Wm se pueden obtener características de corriente de estator (Is) y Par interno contra velocidad
Par interno de Motor a voltaje nominal
-7-6-5-4-3-2-1012345
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
T/TnominalPar a voltaje nominal
Zona de Frenado
Zona de operación como Motor
Zona de operación como de Generador
Se han normalizado tanto el par como la velocidad
Corriente normalizada del Motor
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
Is/Inominal
Corriente del estator a voltaje nominal
Si no se conocen los parámetros del circuito equivalente se puede determinar la impedancia del motor en el arranque con la letra de código y el factor de potencia en el arranque. La letra de código indica los KVA de rotor bloqueado por caballo de salida.
KVA de rotor bloqueado = Rango de tabla * HP de motor
nominalnominales
bloqueadorotor deNarranqueaV I
KVA
KVA I
arr1-
marrNarranqueaV
LNmarr f.p. Cos ;
IVN
Z
LETRA DE
CODIGO
RANGO DE: KVA DE ROTOR BLOQUEADO POR HP
LETRA DE
CODIGO
RANGO DE: KVA DE ROTOR BLOQUEADO POR HP
A 0.00 A 3,14 L 9.00 A 9.99
B 3.15 A 3.54 M 10.00 A 11.19
C 3.55 A 3.99 N 11.20 A 12.49
D 4.00 A 4.49 P 12.5 A 13.99
E 4.50 A 4.99 R 14.0 A 15.99
F 5.00 A 5.59 S 16.0 A 17.99
G 5.60 A 6.29 T 18.0 A 19.99
H 6.30 A 7.09 U 20.00 A 22.39
J 7.10 A 7.99 V 22.4 Y MAYOR
K 8.00 A 8.99
T1
T2
T3
INDUCTIONMOTOR
L1
L2
L3
SR
Z
SR
Z
SR
Z
Se inicia el arranque cerrando los contactos S, y después de un atraso de tiempo se cierran los contactos R y luego se pueden abrir los contactos S
ARRANQUE CON IMPEDANCIA EN SERIE
LNSARRVN
marr
VNI =
Z
LNSARRZE
marr
VNI =
Z eZ
Si el motor se conecta directamente al voltaje nominal se obtiene:
Si se conecta el motor con impedancia en serie se obtiene:
ZmarrVN LN
ISARRVN
ZmarrVN LN
ISARRZE
Ze
Se puede usar una impedancia externa, tanto usando resistencia como reactancia. Dependiendo de las características del alimentador puede convenir mas usar una que la otra.
La impedancia del motor en el arranque se puede separar en parte real y parte reactiva.
Rmarr = Zmarr f.p.arr Xmarr = Zmarr * Sen (Cos-1 f.p.arr )
marredeseada arranque
LNtotal ZZ
IVN
Z
2marre
2marretotal )X(X)R(RZ
Si se desea agregar REACTANCIA en serie (Re=0)
marr2marr
2totale XRZX
marr2marr
2totale RXZ R
Si se desea agregar RESISTENCIA en serie (Xe=0)
Corriente de Motor con Impedancia serie con estator
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
Is/Inominal
Corriente a voltaje nominal Corriente con Re Corriente con Xe
LOS VALORES DE RE Y XE SE SELECCIONARON PARA REDUCIR LA CORRIENTE DE ARRANQUE A LA MITAD
Par de Motor con Impedancia serie con estator
-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1012345
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
T/Tnominal
Par a voltaje nominal Par con Re Par con Xe
Con impedancia en serie si la corriente de arranque se reduce a la mitad el par de arranque se reduce a una cuarta parte.
La caída de voltaje en alimentadores depende de la impedancia del alimentador y de la corriente que circula por el mismo.
A bajos voltajes el efecto resistivo es importante.
A altos voltajes predomina el efecto inductivo.
V= Z I = (r + j x) (Iw +Ivar)donde: Iw es la parte de la corriente que suministra potencia promedioIvar es la parte de la corriente correspondiente a la potenciareactiva. Ing. Javier Rodríguez Bailey
Caída de voltaje en alimentadores
Ing. Javier Rodríguez Bailey
Iw
Ivar
V
VsVL
En este caso la corriente Iw provoca una caída en fase con el voltaje de la fuente, y la corriente Ivar no altera significativamente la magnitud del voltaje en la carga, solo altera su ángulo de fase.
r Iw
r Ivar
Caso de alimentador resistivo
Iw
V
En este caso lo corriente Ivar produce la caída que se resta en fase con el voltaje de la fuente y la corriente Iw no modifica en forma predominante la magnitud de voltaje de la carga, solo cambia el defasamiento.
Ivar
VL
Vs
V
jx Ivar
jx Iw
Ing. Javier Rodríguez Bailey
Caso de alimentador inductivo
T1
T2
T3
INDUCTIONMOTOR
L1
L2
L3
R
R
R
SS
S
S
80%
65%
50%
50%
65%
80%
ARRANQUE CON AUTO-TRANSFORMADOR
Se inicia el arranque cerrando los contactos S, y después de un atraso de tiempo se ABREN los contactos S y luego se CIERRAN los contactos R (Transición en circuito abierto)
ZmarrVN LN
IM ARRVR1:a
aVN LN
+
+
--
IA ARRVR LNARRVR
marr
aVNIM =
Z2
LNARRVR
marr
a VNIA =
Z
La corriente en el motor se reduce en la misma proporción que se reduce el voltaje (a)
La corriente en el alimentador se reduce en proporción al cuadrado de la reducción del voltaje (a2)
Corriente de Motor a diferentes voltajes
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
Is/Inominal
Corriente a voltaje nominal Corriente a mitad de voltaje nominal
Par de Motor a diferentes voltajes
-7-6-5-4-3-2-1012345
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
T/Tnominal
Par a voltaje nominal Par a mitad de voltaje nominal
Con auto-transformador si la corriente en el alimentador se reduce a la mitad, el par de arranque también se reduce a la mitad.
ARRANQUE EN ESTRELLA OPERACIÓN EN DELTA
ARRANQUE EN DELTA ARRANQUE EN ESTRELLA
IBARR
VLL
A
B
C
ZDZD
ZD
BARRI3
ZD
ZDZD
3
IBARR
VsC = Vm Sin (wt+120°)
IscSCR5
SCR2
I5
I2
ig5
ig2
Ic
VsB = Vm Sin (wt-120°)
IsbSCR3
SCR6
I3
I6
ig3
ig6
Ib
VsA = Vm Sin wt
IsaSCR1
SCR4
I1
I4
ig1
ig4
Ia
A
B
C
N
a
b
c
T1
T2
T3
MOTOR DEINDUCCIÓN
SOFT START PARA MOTORES DE INDUCCION
1A
1A
2A
2A
R1
R2
R3
T1
T2
T3L3
L2
L1
M
M
M
ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR EN MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO
SE INICIA EL ARRANQUE CERRANDO LOS CONTACTOS M, EL MOTOR INICIA SU ARRANQUE CON TODAS LAS RESISTENCIAS EN SERIE CON EL ROTOR, DESPUES DE UN TIEMPO SE CIERRAN LOS CONTACTOS 1A QUE PONEN EN CORTO PARTE DE LAS RESISTENCIAS Y POSTERIORMENTE SE CIERRA EL CONTACTO 2A QUE PONE EN CORTO TODAS LAS RESISTENCIAS DEL ROTOR
Corriente de Motor con resistencias externas en serie con rotor
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
Is/Inominal
Corriente con Rrotorext=0 Corriente con Rrotorext=2 Rr
Corriente con Rrotorext=5 Rr
Los puntos de las características de corriente y par se mueven a la izquierda. Un punto que ocurría con un deslizamiento S1, al triplicar la resistencia ahora se obtiene con un deslizamiento de 3 S1
ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR
Par de Motor con resistencias en serie con rotor
-7-6-5-4-3-2-1012345
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Wrotor/Ws
T/Tnominal
Par con Rrotorext=0 Par con Rrotorext=2 Rr
Par con Rrotorext=5 Rr
Los puntos de las características par se mueven a la izquierda. Un punto que ocurría con un deslizamiento S1, al triplicar la resistencia ahora se obtiene con un deslizamiento de 3 S1