Motores, Su Comando y Protecciones

Motores Elctricos Protecciones, comando, conceptos bsicos

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Contactos, interruptores, protecciones

Los smbolos explcitos en cada contacto, expresan el tipo de trabajo para el que est diseado su empleo.

Hay otros tipos de interruptores especficos, cuyo estudio est vinculado a su uso en particular y no se muestran ahora.

Los interruptores indicados arriba, en general se indican unifilares, o sea como si fueran un solo hilo.


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Esto se hace a los efectos de simplificar los esquemas, y se indica en el cable con una simbologa precisa si el circuito es monofsico, bifsico, trifsico o con neutro.

Otra forma de representar al NEUTRO, es con media lnea cruzando el hilo de alimentacin:

Proteccin de motores Los motores elctricos deben estar protegidos siempre de la siguiente

manera MONOFASICOS: Cortocircuito del motor, Sobrecarga del motor TRIFASICOS: Falta o asimetra de fases, Cortocircuito del motor,

Sobrecarga del motor

Se debe tener en cuenta que los interruptores termomagnticos comunes, estn diseados para proteger el cableado de una falla y no el equipo conectado cualquiera fuese este.Por eso es importante dimensionar un interruptor termomagntico de modo que el cable que alimenta pueda conducir en condiciones normales como mnimo la corriente de calibracin del interruptor nombrado.


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Los motores requieren protecciones especficas para cada una de las fallas antes descriptas, y se componen de las siguientes combinaciones:

Fusible + relevo trmico: El fusible calibrado adecuadamente, protege a un motor de un bloqueo de eje que se comporta como si fuera un cortocircuito. Tambin podra haber un cortocircuito en el sistema de arranque o la misma bornera d alimentacin.

El Relevo trmico es un dispositivo que sensa las corrientes de cada una de las tres fases de alimentacin al motor, y produce el disparo de un contacto cuando detecta (a) sobrecorriente prolongada, (b) asimetra en las corrientes que consume el motor en cada fase, (c) en algunos casos detecta falta de fase y luego de un tiempo corta.

El relevo trmico no corta la corriente en forma directa ante una falla, sino que da una seal para cortar por ejemplo un contactor.

Guardamotor magntico+relevo trmico: Se debe utilizar un guardamotor magntico puro, que reemplaza a los fusibles con la ventaja que ante un disparo no es necesario reemplazar ninguna pieza. El relevo trmico es el mismo de la funcin anterior.

Guardamotor magneto trmico: Este tipo de proteccin, muy normal, hace las funciones del guardamotor magntico y el relevo trmico, todo en uno.

El guardamotor magneto trmico corta la tensin de alimentacin del motor, en forma directa.

La seleccin de uno u otro tipo de proteccin, requiere de la definicin del tipo de arranque seleccionado y la mquina a la que va destinado.

Para ello se definen distintos tipos de coordinacin de protecciones y aplicacin.

En todos los casos se entiende queningn motor o maquina electromecnica puede ser arrancada o parada usando una ficha, enchufe o similar. Vemos que el uso de cables directos ni siquiera est considerado para decir que no.


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Para el arranque de un motor, se requieren cuatro etapas ineludibles: (IEC947)

El seccionamiento La proteccin contra cortocircuitos La proteccin contra sobrecargas La conmutacin

El conjunto de etapas deben estar en todos los casos, pero se admiten distintas categoras o Coordinaciones entre los elementos, segn la funcin a realizar, costo a asumir, criticidad de la instalacin.

Estas coordinaciones DESCARTAN el encendido directo de un motor, pues NO SE CUMPLEN las cuatro etapas de proteccin.

Coordinacin tipo 1: En condicin de cortocircuito,el material no debe causar daosa personas e instalaciones. No debe existirproyeccin de materialesencendidos fueradel arrancador. Son aceptados daos en el contactor y elrel de sobrecarga; el arrancador puedequedarinoperativo. El rel de cortocircuito del interruptor deber ser reseteado o,encaso de proteccinpor fusibles, todos ellosdebern ser reemplazados.

Coordinacin tipo 2: En condicin de cortocircuito el material no deber ocasionardaos a las personas e instalaciones.

Coordinacin tipo 1: Ejemplo Ejemplo una bomba de aguaque posee dos arranques completos, uno en marcha y otro de reserva. En caso de fallo del sistema se cambiaal de reserva que tiene los fusibles sanos. Luego se repara sin mayor apuro.


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No debe existir proyeccin de materiales encendidos fuera del arrancador.El rel de sobrecarga no deber sufrir ningndao. Los contactos del contactor podrn sufriralguna pequea soldadura fcilmenteseparable, en cuyo caso no se reemplazancomponentes, salvo fusibles.

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Coordinacin TOTAL: La norma prev que en condicin decortocircuito el material no deber ocasionar daos a las personas e instalaciones. No debe existir proyeccin de materiales encendidos fuera del arrancador. El rel de sobrecarga no deber sufrir ningn sufrir ningn dao. Los contactos del contactor NO podrn sufrir soldadura

Ejemplo una bomba de agua de servicio continuo que no tiene instalado un sistema de respaldo. En caso de fallo se realizar alguna maniobra de reposicin como por ejemplo reponer el guardamotor, despegar el contactor, etc, y la mquina continuar funcionando sin novedad.


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Ejemplos de montaje

Dos componentes Tres componentes Tres componentes

Guardamotor + contactor Guardamotor +

contactor + relevo trmico

Fusibles + contactor + relevo

trmico

Los distintos mtodos de montaje indicados arriba, se definen de acuerdo a las necesidades de la mquina a accionar, no afectando al tipo de Coordinacin predefinida. El sistema denominado DOS COMPONENTES, incluye un guardamotor magneto trmico que cumple con las condiciones de seccionamiento, proteccin por cortocircuito, proteccin por sobrecarga y un contactor que hace la funcin de conmutacin (Abierto/Cerrado). Es la solucin ms sencilla, cumple con todas las protecciones necesarias, ocupa el mnimo de espacio. Visualmente o en forma remota con un contacto auxiliar en el guardamotor se puede identificarlos siguientes estados como:


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Cerrado Abierto Disparado (trip)

Las desventajas del sistema DOS COMPONENTES son a) No se discrimina la causa de la falla (indicada por un solo contacto), si esta corresponde a un cortocircuito o a una sobrecarga y b) no se admite la reposicin automtica o remota, requiriendo de un operador para esa maniobra. El sistema denominado TRES COMPONENTES, tenemos un aparato que cumple con seccionamiento y proteccin contra cortocircuitos (Guardamotor magntico puro o portafusibles), un aparato de conmutacin (contactor) y uno de proteccin por sobrecarga (relevo trmico). Si bien el sistema total es ms voluminoso y posiblemente ms caro, la principal ventaja es la separacin de la proteccin de cortocircuito y la de sobrecarga. EL relevo trmico es posible ponerlo en funcin automtico, esto implica que una vez enfriado de la sobrecarga este se puede reponer solo, o sea sin participacin de un operario. Tambin en algunas marcas y modelos es posible la reposicin remota, desde algn puesto de comando. La proteccin por cortocircuito NO DEBE ser repuesta sin verificar la causa de la falla. Es por eso que no admite la reposicin automtica y tampoco lo puede hacer el guardamotor magneto/trmico. La principal ventaja del Guardamotor Magntico es lo compacto de su diseo y que durante el fallo se cortan las tres fases en forma simultnea, y al reponer este los valores de calibracin de la proteccin son siempre los mismos que los de diseo. La ventaja de los fusibles es su menor costo. Como contraparte tenemos un mayor tamao, el equipo de mantenimiento debe tener repuestos de TODOS los valores de fusibles, se deberan cambiar los tres fusibles, incluso el o los no disparados (ya se recalentaron y por lo tanto descalibraron) en el momento de la falla.


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Motores y Generadores. Reconocemos en los motores elctricos, dos partes fundamentales: EL ROTOR que es la parte que gira y es donde est colocado el eje de salida de fuerza, y el ESTATOR que es la parte fija y es de donde se sostiene mecnicamente el motor. En la vida diaria encontraremos fundamentalmente dos tipos de motores: los que tienen el ROTOR bobinado y carbones escobillas para alimentarlo, y los que tienen un ROTOR cerrado de aluminio. Los motores con rotor bobinado y escobillas, son los que funcionan con Corriente Continua o los de gran potencia con poco tamao y peso. Ejemplo de motor de Corriente continua: un motor de taladro a pila, un motor de limpia parabrisas, ejemplo de motor con rotor bobinado y alimentacin con Corriente Alterna: Taladro elctrico comn, motor de lustra aspiradora, etc. En todos los casos los motores funcionan con el mismo principio. El bobinado del ESTATOR genera un campo magntico en un sentido, el bobinado del ROTOR genera un campo magntico en el mismo sentido. Por lo tanto las dos bobinas tienden a separarse y provocan el movimiento del eje. De inmediato las escobillas carbones cambian la bobina del ROTOR, y esta vuelve a quedar en el mismo sentido, nuevamente se separa girando. En algunos casos, el bobinado del ESTATOR est reemplazado con un IMAN permanente de gran potencia. La ventaja de este tipo de motores, es una importante potencia para


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arrancar, capacidad de variar en forma sencilla el nmero de revoluciones y mejor relacin peso/potencia.

Motores sin escobillas. En estos casos se reconoce el ROTOR como un ncleo de aluminio.

Este ncleo en realidad est constituido por dos tapas y alambres o planchuelas de aluminio que conforman el cuerpo del rotor. Este cuerpo se denomina Jaula de Ardilla. En forma genrica, podemos decir que la Jaula de Ardilla es el equivalente a un rotor bobinado, pero con las espiras en cortocircuito. Al alimentarse el ESTATOR, el ROTOR, la Jaula de Ardilla se magnetiza en forma tal que intenta apartarse del campo magntico exterior. Ese juego se repite indefinidamente y el eje del motor queda girando. Para que inicie el giro, debe haber una fuerza asimtrica que determine un sentido de giro inicial. En el caso de los motores trifsicos, la conjugacin de tres juegos de bobinas ubicadas en forma circular alrededor de la jaula, crean un campo magntico giratorio que pone en marcha al motor.


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En el caso de los motores MONOFASICOS, la alimentacin de la llamada BOBINA de ARRNQUE por intermedio de un capacitor, simula la tercera fase que requerimos para generar el campo magntico giratorio.

En algunos motores, cuando el eje ya est girando normalmente se corta la corriente al capacitor para disminuir el consumo, por ejemplo en heladeras y lavarropas. En otros casos, como ventiladores o extractores, el circuito queda conectado.


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Los alternadores o generadores Los generadores de corriente continua o alterna son muy similares a un motor elctrico, con la diferencia que se aplica fuerza en su eje y por el bobinado se extrae corriente producto de la interaccin de los

campos elctricos y magnticos del estator y el rotor. Cuando se requiere corriente continua, por ejemplo para la carga de la batera de un auto, esta se puede obtener rectificando con diodos la corriente de un alternador, o sea convirtindola en continua.

Conexin de los motores trifsicos.

Dependiendo de las potencias y tensiones de alimentacin de los motores trifsicos, hay distintas formas de conectarlos para que su funcionamiento sea correcto y eficiente: Conexin tipo ARRANQUE DIRECTO Conexin en ESTRELLA/TRINGULO Conexin a travs de un ARRANCADOR SUAVE Conexin a travs de un VARIADOR DE VELOCIDAD.


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ARRANQUE DIRECTO Es la ms comn y sencilla de las conexiones. En esta los bornes del motor se conectan directamente a la alimentacin de energa. Segn el diseo del motor, en la placa de los mismos puede indicar los valores de alimentacin como 220/380V o 400/660V Estos datos indican para el caso de arranque directo, la forma de conectar los bornes de acceso a las bobinas del motor.

En general las bobinas de todos los motores trifsicos estn conectadas de la siguiente manera en las borneras: Vemos que las bobinas estn conectadas en forma cruzada entre los bornes de su CAJA DE CONEXIN.

Un motor trifsico debe estar conectado de modo que coincida su tensin de alimentacin con la existente en la lnea. La tensin que requiere est expresada en la placa de caractersticas y puede ser (en nuestro pas) para 3x220 VCA o para 3x380/3x400 VCA Las formas de conexin son las siguientes

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Al estar las bobinas conectadas en forma cruzada, como vemos en el dibujo anterior, el solo cambio de la posicin de las chapitas cambia la tensin de alimentacin del motores diseados para 220V otensin de alimentacin de lnea (3x380V en Argentina)Hay que tener cuidado con estas conexiones, pues si son erradas se corre peligro de quemar el motor por falta o exceso de tensin.

Para lograr un arranque controlado con motores grandes, se suele usar el mtodo de iniciar el movimiento del motor en ESTRELLA (mnima corriente) y luego pasarlo a TRIANGULO (mxima potencia). Este mtodo de conexin sirve para disminuir el pico de corriente de arranque, y es vlido para arranques sin carga o con mnima carga. Los motores deben ser para 380/660 V, dato que figura en la placa de referencia del motor. En este tipo de conexin no se coloca

os

Al estar las bobinas conectadas en forma cruzada, como vemos en el dibujo anterior, el solo cambio de la posicin de las chapitas cambia la

es diseados para 220V o 380 V a la entina).

Hay que tener cuidado con estas conexiones, pues si son erradas se exceso de tensin.

grandes, se suele


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ninguna de las chapitas de puente de la caja de conexiones, y los bornes pasan a indicarse de la siguiente manera:

En la secuencia de arranque, durante la primera fase el bobinado en serie recibe solo parte de la tensin de lnea como indica el dibujo: Esto tiene por objeto que la corriente inicial del arranque no supere las 3 veces la corriente nominal de marcha del motor.

Al ser un arranque a tensin reducida, no se puede obtener de este motor su potencia nominal.

Una vez que el motor se movi junto al el equipo arrastrado, la corriente de arranque disminuye rpidamente. En ese momento se puede pasar a alimentar con 380V cada una de las bobinas como muestra el esquema, y tener potencia plena.


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Secuencia de arranque de un motor con arranque Estrella/Tringulo La conexin se hace mediante tres contactores (K1, K2 y K3) comandados con un sistema automtico.

Durante el proceso de arranque, primero scontactor K3, que prepara el motor en conexin ESTRELLA; luego se alimenta cerrando el contactor K1 principal de lnea, por ltimo y en un perodo siempre menor a 10 segundos se abre el contactor K3 y se cierra el K2, quedando entonces el motor en conexin tringulo a plena potencia.

El cableado de potencia es el indicado en la figura de la izquierda.

Como el contactor K3 se conecta SIN tensin de alimentacin al sistema, o sea el contactor de lnea K1 ABIERTO, este puede ser normalmente de una medida menor a los otros dos. Esta licencia es permitida en arranques relativamente chicos y por sobre todo de tiempos menores a 10 segundos.

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La conexin se hace mediante tres contactores (K1, K2 y K3)

l proceso de arranque, primero se cierra el contactor K3, que prepara el motor en conexin ESTRELLA; luego se alimenta cerrando el contactor K1 principal de lnea, por ltimo y en un perodo siempre menor a 10 segundos se abre el contactor K3 y se cierra el K2, quedando entonces el motor

tringulo a plena

El cableado de potencia es el indicado en la figura de la izquierda.

Como el contactor K3 se conecta SIN tensin de alimentacin al sistema, o sea el contactor de lnea K1 ABIERTO, este puede ser

Esta licencia es permitida en arranques relativamente chicos y por


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Esquemas de comando de arranque DIRECTO y ESTRELLA TRIANGULO El arranque DIRECTO solo tiene una operacin: conectar un alimentar los bornes del motor.

El arranque ESTRELLA TRIANGULO tiene una secuencia definida de maniobras. Esta secuencia se inicia al presionar el botn de arranque y contina automticamente con el temporizador que forma partesquema elctrico.

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Esquemas de comando de arranque DIRECTO y ESTRELLA

El arranque DIRECTO solo tiene una operacin: conectar un contactor,

El arranque ESTRELLA TRIANGULO tiene una secuencia definida de maniobras. Esta secuencia se inicia al presionar el botn de arranque y contina automticamente con el temporizador que forma parte del


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Secuencia de arranque simple Estando habilitado el fusible de comando, estando habilitada la proteccin trmica, estando liberado el botn PARAR (NC), se pulsa el botn ARRANCAR (NA) y este conecta el contactor. Acto seguido el contacto auxiliar KM1.1 del contactor retiene la maniobra del pulsador ARRANCAR y el contactor queda auto enclavado. Al pulsar PARAR, fallar la proteccin trmica o el fusible, la maniobra de autoenclavamiento cae y el circuito se abre.


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Secuencia de arranque estrella tringulo

Este circuito requiere de tres pasos, dos de ellos automticos. Para esta secuencia en automtico se usa un temporizador que, luego de iniciada maniobra de arranque, establece los tiempos para las siguientes etapas. La idea bsica es que el contactor N3, generalmente de una medida menor a los dos primeros, cierre sin carga juntando en un centro de estrella las bobinas del motor. De esta manera la primera etapa ser un arranque en que cada bobina estar sometida a una tensin reducida y por lo tanto su consumo ser menor. Luego se cierra el contactor N1 (lnea), alimentando por fin el circuito. Pasado un tiempo determinado por el temporizador, se abre el contactor N3 (centro de estrella) y cierra el contactor N2 (conexin en tringulo). El motor toma toda su potencia pues sus bobinas se alimentan a plena tensin.

Para que esta maniobra sea posible, debe estar alimentado el fusible de comando y cerrada la proteccin trmica. El pulsador de PARE (NC) liberado, se pulsa el botn ARRANQUE (NA),

Los contactos auxiliares de cada contacto, evitan durante las maniobras que se produzcan fallas inesperadas, por superposicin de los contactores.


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