Motores Trifasicos INTRODUCCION

7/29/2019 Motores Trifasicos INTRODUCCION

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Conceptos bsicos sobre el uso de los

motores de induccin trifsicos

DiseoTipos de servicio

SeleccinDimensionamiento

MotorManagement

TM


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Prlogo

Este manual tcnico sobre motores de induccin trifsicos es la primerapublicacin de una serie sobre control de motores que denominamosMotor Management.

Gracias a esta informacin bsica, el usuario tendr a su disposicin unacreciente referencia de datos de funcionamiento y utilizacin necesariospara el diseo y la aplicacin. Se tratarn los siguientes temas: Arranque y funcionamento de motores Protecciones de motores y accionamientos

Seleccin y funcionamento de controles Comunicaciones

Hoy en da es posible encontrar motores elctricos en casi todos losprocesos de produccin. Es por esta razn que la explotacin ptima de suapicacin se est convirtiendo en una tarea cada vez ms importante de caraa la rentabilidad de sus operaciones. La serie Motor Management sobrecontrol de motores de Rockwell Automation le permitir: optimizar el uso de sus sistemas reducir los costes de mantenimiento

aumentar el grado de dependencia

Para nosotros es una satisfaccin poder ofrecerles, a travs de nuestraspublicaciones, soluciones econmicas y eficaces para sus aplicaciones.

Copyright 1996 de Rockwell Automation AG, Aarau.

Toda la informacin proporcionada en este manual es precisa segn nuestro conocimiento,

declinando cualquier responsabilidad legal.

i


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Motores de induccin trifsicos

ii

ndice

1 Motores de induccin trifsicos 1.1

1.1 Principios de funcionamento 1.11.1.1 Estator 1.11.1.2 Rotor 1.11.1.3 Deslizamiento 1.31.1.4 Dispacin 1.4

1.2 Caractersticas del par de torsin 1.6

1.2.1 Cracteristica principal 1.61.2.2 Diseo del motor 1.8

1.3 Caractersticas de funcionamiento 1.10

2 Tipos de servicio de motores elctricos 2.1

2.1 Tipos de servicio primarios S1... S9 2.12.1.1 S1: Servicio continuo 2.22.1.2 S2: Servicio temporal 2.32.1.3 S3: Tipo de servicio peridico intermitente sin arranque 2.4

2.1.4 S4: Servicio peridico intermitente con arranque 2.52.1.5 S5: Servicio peridico intermitente con arranque y frenado elctrico

2.62.1.6 S6: Servicio peridico de funcionamiento continuo 2.72.1.7 S7: Servicio de funcionamiento continuo con arranque y frenado

elctrico 2.82.1.8 S8: Servicio peridico de funcionamiento continuo con cambios de

carga/velocidad relacionados 2.92.1.9 S9: Servicio con variaciones de carga y velocidad no peridicas 2.11

2.2 Valores medios de potencia, par y corriente 2.122.3 Potencia del motor y tipos de servicio 2.142.3.1 Aumento de potencia comparado con S1 2.142.3.2 Valor nominal del lmite mecnico 2.152.3.3 Reduccin de potencia comparado con S1 2.15


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iii


3 Pares de carga caractersticos 3.1

3.1 Pares de caraga en funcin de la velocidad 3.23.1.1 Par constante 3.23.1.2 Aumento del par en proporcin a la velocidad 3.33.1.3 Aumento del par con el cuadrado de la velocidad 3.53.1.4 Reduccin del par en proporcin inversa a la velocidad 3.5

3.2 Pares de carga en funcin del ngulo 3.63.3 Pares de carga en funcin de la trayectoria 3.63.4 Pares de carga en funcin del tiempo 3.63.5 Par mnimo 3.6

4 Seleccin y dimensionamiento del motorelctrico 4.1

4.1 Capacidad del motor 4.2

4.1.1 Datos de catlogo y parmetros de aplicacin 4.34.1.2 Determinacin del valor nominal unitario 4.44.1.3 Datos de catlogo 4.44.1.4 Condiciones de funcionamiento 4.44.1.5 Procedimiento para seleccionar motores 4.4

4.2 Dimensionamento con el par de carga 4.74.3 Clculo con el par acelerador o el tiempo de aceleracin 4.8

4.3.1 Par acelerador 4.84.3.2 Tiempo de aceleracin 4.8

4.4 Clculo con la frecuencia de conmutacin 4.114.5 Seleccin a partir de los datos de catlogo 4.13

5 Smbolos de las ecuaciones 4.14


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1.1

1 Motores de induccin trifsicos

El motor de induccin trifsico, tambin llamado motor asncrono, es hoy da elmotor elctrico que ms se utiliza en las aplicaciones industriales, sobre todo elmotor con rotor de jaula de ardilla.

1.1 Principios de funcionamiento

La seccin del motor de induccin trifsico, tal como se muestra en la Figura1.2.2, se compone de un bastidor o estator fijo, un bobinado trifsico alimentadopor una red elctrica trifsica y un rotorgiratorio. No hay ninguna conexinelctrica entre el estator y el rotor. Las corrientes del rotor se inducen desde elestator a travs del entrehierro. Tanto el estator como el rotor estn fabricados de

una lmina de ncleo altamente magnetizable que proporciona prdidas por cor-rientes de Foucault e histresis bajas.

1.1.1 Estator

El bobinado del estatorest formado por tres bobinados individuales que sesuperponen y estn decalados con un ngulo elctrico de 120. Cuando se conec-ta a la alimentacin, la corriente de entrada primero magnetiza el estator. Estacorriente de magnetizacin genera un campo rotativo que gira con la velocidadde sincronismo ns.

Para el nmero de pares de polos ms pequeo 2p = 2 en un circuito de 50 Hz, lavelocidad sincrnica ms alta es ns = 3000/min

-1. Las velocidades sincrnicas deun circuito de 50 Hz se indican en la Tabla 1.2.1.

1.1.2 Rotor

En los motores de induccin con rotor de jaula de ardilla, el rotor est formadopor un bloque laminar de ncleo de rotor cilndrico y ranurado provisto de barrasde aluminio unidas por delante con anillas para formar una jaula cerrada.El rotorde los motores de induccin trifsicos a veces se denomina rotor. Estenombre tiene su origen en la forma de ancla que tenan los rotores de losprimeros dispositivos elctricos. En un equipo elctrico, el bobinado del rotorest inducido por el campo magntico, mientras que en los motores trifsicos,este papel corresponde a los rotores.


ns

= velocidad de sincronismo/minutoVelocidad de sincronismo ns = 60 f = frecuencia s

-1 (segundo)p = nmero de pares de polos

(nmero de polos/2)

fp


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Tabla 1.2.1 Velocidades sincrnicas tpicas de un circuito de 50 Hz

Las velocidades sincrnicas son un 20% ms altas en un circuito de 60 Hz

Figura 1.2.2 Motor trifsico de jaula de ardilla de ultima generacin

El motor de induccinparado acta como un transformador cortocircuitado en elsecundario. Por consiguiente, el bobinado del estatorcorresponde al bobinado

principal y el bobinado del rotor(bobinado de jaula), al bobinado secundario.Dado que est en cortocircuito, la corriente interna del rotor depende de la ten-sin inducida y de su resistencia. La interaccin entre el flujo magntico y losconductores de corriente del rotorgenera unpar de torsin que se correspondecon la rotacin del campo rotativo. Las barras de la jaula est dispuestas de

forma excntrica con respecto al eje de rotacin para impedir fluctuaciones en elpar de torsin (vase la Figura 1.3.1). Esto se denomina "inclinacin".

Cuando est en vaco, el rotor casi alcanza la velocidad sincrnica del camporotativo, ya que el par de torsin antagonista es reducido (ninguna prdida sincarga). Si la rotacin fuera la de sincronismo, la tensin ya no se inducira, lacorriente dejara de fluir y ya no habra par de torsin.


1.2

Pares de polos 2p 2 4 6 8 10 12 16 24 32 48

ns en rpm 3000 1500 1000 750 600 500 375 250 188 125


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1.3

Durante elfuncionamiento, la velocidad del rotor baja hasta la velocidad decarga n. La diferencia entre la velocidad sincrnica y la de carga se denomina

deslizamiento s. Basado en este deslizamiento s, dependiente de la carga, la ten-sin inducida en el bobinado del rotor cambia y ste, a su vez, cambia la corri-ente del rotor y el par de torsin M. Al aumentar el deslizamiento, tambin lohacen la corriente del rotor y el par de torsin. Dado que el motor de induccintrifsico acta como un transformador, la corriente del rotor se transforma en laparte del estator (o secundario) y la corriente de alimentacin del estator cambiaesencialmente de la misma manera. Lapotencia elctrica del estator generadapor la corriente de alimentacin se convierte, a travs del entrehierro, en poten-cia mecnica en el rotor. Por ello, la corriente del estator consta de dos compo-nentes, la corriente de magnetizacin y la corriente de carga en s.

a barras de jaula excntricas nicas

b barras de jaula transpuestas dobles

Figura 1.3.1 Tipos de bobinados de rotor de jaula de ardilla

1.1.3 Deslizamiento

La diferencia entre la velocidad sincrnica ns y la velocidad n de funcionamientode rgimen se denomina deslizamiento s y suele expresarse en porcentaje.Dependiendo del tamao de la mquina, durante el funcionamiento de rgimenesta diferencia es aproximadamente del 10-3%. El deslizamiento es una de las

caractersticas ms importantes de una mquina de induccin.

s = deslizamientoDeslizamiento s = ns = velocidad sincrnica

n = velocidad del rotor

ns - n

ns


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Figura 1.4.1 La tensin rotrica UR es proporcional al deslizamiento s. Una

tensin del rotor del 10% corresponde a un deslizamiento del 10%.

La tensin rotrica inducida UR, mostrada en la Figura 1.4.1, es proporcional aldeslizamiento s. En la posicin de parada, la tensin alcanza su mximo con n =1 y s = 1, lo que tambin intensifica al mximo el flujo de corriente. En las apli-caciones reales, este hecho lo confirma la elevada corriente de arranque (aflujode corriente de arranque). El par de torsin tambin alcanza su mximo duranteel periodo de parada con una resistencia de rotor determinada. Este compor-tamiento puede modificarse variando el diseo. Sin embargo, la resistencia delrotor no suele utilizarse para este fin. La siguiente frmula se aplica para lavelocidad del rotor:

1.1.4 Disipacin

Dado que la velocidad n del rotor es inferior a la velocidad sincrnica ns delcampo rotativo por el valor del deslizamiento s, la potencia mecnica P2 delrotor tambin es inferior a la potencia del campo rotativo PD transmitida elctri-camente. La diferencia PVR se pierde en el rotor en forma de calor. En conse-cuencia, estas prdidas en el bobinado dependen directamente del deslizamiento

s. Desde el primer momento del proceso de arranque, toda la potencia inducidaen el rotor se convierte en calor.

La ecuacin muestra que el peligro trmico es mayor para un rotor estacionariocon s = 1, ya que toda la potencia de entrada elctrica se convierte en disipacinde calor en el motor. Debido a la elevada intensidad del arranque de los motoresde induccin, el calor disipado es mltiplo de la potencia nominal del motor.Asimismo, los motores autoventilados convencionales no proporcionan una

refrigeracin adecuada cuando se detienen.


1.4

n = velocidad del rotorVelocidad del rotor n = ns (1 - s) ns = velocidad sincrnica

s = deslizamiento

Disipacin en el rotor PVR = PD s = prdida hmica PCuR en W


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Si analizamos todas las prdidas de potencia Pv de un motor, como muestra laFigura 1.5.1, encontramos las siguientesprdidas individuales:

Laprdida en el ncleo del estator PFe se debe a las prdidas por histresis y porcorrientes parsitas que dependen de la tensin y la frecuencia. Por ello, duranteel funcionamiento son ms o menos constantes. En el rotor, las prdidas soninsignificantes debido a la baja frecuencia de la corriente del rotor durante elfuncionamiento. Lasprdidas hmicas se originan en el estator PCuS y el rotorPCuR. Ambas son una funcin cuadrada de la carga. Lasprdidas por resistenciaaerodinmica PLuy por rozamiento mecnico PLa tambin son constantesdebido a la velocidad de funcionamiento prcticamente constante. Lasprdidas

por dispersin Pzus son originadas principalmente por las corrientes parsitas delos componentes metlicos de la mquina.

Leyenda:

P1 = potencia de entrada elctrica

PFe = prdida en el ncleo del estator

PCuS

= prdida hmica en el estator

Pzus = prdida por dispersin

PD = potencia de campo del rotor (potencia

del entrehierro)

PCuR = prdida hmica en el rotor

PLu = prdida por resistencia aerodinmica y

ventilacin

PLa = prdidas por rozamiento mecnico

P2 = potencia de salida mecnica

Figura 1.5.1 Potencia de salida y prdidas en un motor de induccin trifsico

1.5


PFe Prdidas en el ncleo del estator ms o menos constante duranteel funcionamiento

PCuS Prdida hmica en el estator funcin cuadrada de la corriente PCuR Prdida hmica en el rotor funcin cuadrada de la corriente PLu Prdida por resistencia

aerodinmica ms o menos constante duranteel funcionamiento

PLa Prdidas por rozamiento mecnico ms o menos constantes duranteel funcionamiento

Pzus Prdidas por dispersin ms o menos constantes duranteel funcionamiento


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1.2 Caractersticas del par de torsin1.2.1 Caracterstica principal

La Figura 1.6 muestra, mediante los siguientes parmetros, las caractersticas depar de torsin propias de los motores de induccin con rotor de jaula de ardilla.Elpar aceleradorabarca toda la caracterstica de par, desde la parada hasta lavelocidad mxima.

Mn = par de torsin nominalML = par de cargaMK = par mximoMM = par motornS = velocidad sincrnicaAn = punto de trabajo nominal

MA = par mnimoMB = par aceleradorMS = par de desincronizacinnn = velocidad nominal (0,94..0,99

. nS)n = velocidad de funcionamientoA = punto de trabajon0 = velocidad sin carga (0,98..0,997

. nS)

Figura 1.6.1 Caracterstica de par del motor de induccin respecto a la veloci-

dad

MA Par inicial de arranque en la posicin de parada; tambin llamadopar mn-imo. Los valores proporcionados por los fabricantes de motores deberanestar comprendidos entre -15% y +25%.

Mn Par de torsin de rgimen durante el funcionamiento de rgimen con unapotencia de rgimen Pn y una velocidad de rgimen nn. Sin carga, el par esmuy bajo y cubre la friccin interna. Cuando el motor se carga, su veloci-dad disminuye ligeramente por el valor del deslizamiento s y el par aumen-ta. Un motor estndar en funcionamiento continuo debe poder proporcionarel par nominal sin exceder el lmite de temperatura.En algunos modos de funcionamiento (S2, S3 y S6), el par nominal tambinpuede excederse hasta cierto punto a lo largo de todo el rgimen de fun-cionamiento, siempre que el lmite de temperatura no se sobrepase.

MK Par mximo. ste es elpar mximo que un motor puede proporcionar. Si lapotencia aumenta por encima de la carga nominal Pn, el deslizamiento scontina incrementndose, la velocidad n disminuye y el motor proporcionaun par mayor. Esto puede aumentarse hasta el valor mximo MK (par mxi-mo), momento en el que el motor se hace inestable, es decir, su velocidaddisminuye de repente con este valor de deslizamiento (deslizamiento deinterrupcin) y la velocidad del motor tiende a 0.


1.6


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Morotes de induccin trifsicos

Segn las normas, el par mximo debe ser MK 1,6 Mn y es necesariopoder sobrecargar el motor al menos durante 15 segundos con este valor yla tensin y frecuencia nominal. Los datos de catlogo permiten una toler-

ancia de hasta un -10%. En la mayora de los motores, el par mximo esconsiderablemente mayor y suele alcanzar valores de MK = 2...3,5 Mn. Porconsiguiente, los motores de induccin son especialmente apropiados paralas cargas intermitentes, siempre que el calor adicional pueda disiparse.

MS Par de desincronizacin; es el par mnimo producido durante la aceleracin.En cualquier caso, debe ser mayor que el par de carga ML a esa determina-da velocidad, ya que, de lo contrario, el motor no puede acelerarse. Los val-ores mnimos del par de desincronizacin se indican en las normas corre-spondientes al funcionamiento a tensin nominal.

ML

Par de carga, elpar antagonista que representa a la carga durante la acel-eracin.

MM Par motor, tambin denominadopar acelerador.MB Par acelerador, como la diferencia entre el par motor MM y el par de carga

ML.

Con un servicio contnuo, un modo de funcionamiento S1 y una carga nominalPn, un motor bien dimensionado gira a la velocidad nominal nn y proporciona elpar nominal Mn:

Sin embargo, el par M tambin puede calcularse con los datos elctricos delmotor:

1.7

Mn = par nominal en NmPar nominal Mn = 9555 Pn = potencia nominal en kWnn = velocidad nominal/minuto

Pn

U = tensin en VI = intensidad en A

Par de rgimen Mn = cos = factor de

potencia = rendimienton = velocidad

3 U I cos 9,55n


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Durante el arranque, el par mnimo MA debe ser mayor que el par mnimo de lacarga y, durante la fase de aceleracin completa, el par motor MM debe per-

manecer por encima del par de carga ML, como muestra la Figura 1.6.1.En la interseccin de las dos lneas de par (punto de funcionamiento A), elmotor funciona con velocidad constante n. En caso de sobrecarga, el punto detrabajo A aumenta por encima del punto de trabajo nominal An. Esto slo se per-mite durante un periodo corto de tiempo para evitar el sobrecalentamiento delmotor.El punto de trabajo A tampoco debe ser demasiado bajo, por lo que no deberaelegirse un motor sobredimensionado. Si est por debajo del 50% de la carganominal, el rendimiento y el factor de potencia cos disminuyen enorme-mente y los motores dejan de funcionar de forma econmica. Un motor ms

grande tambin tiene una intensidad de arranque IA mayor, ya que esta corrientees independiente del par de carga. Los motores de mayor tamao slo reduciranel tiempo de aceleracin.

1.2.2 Diseo del motor

En los motores de induccin trifsicos, las caractersticas del par pueden adap-tarse en gran medida a la aplicacin. En este caso, las propiedades importantesson una intesidad de arranque baja IA y unpar de arranque alto MA. La carac-terstica de par y el tamao de la intensidad de arranque vienen determinados

principalmente por el tipo de jaula del rotory laforma de la ranura del rotor,como puede verse en la Figura 1.8.1.Es posible conseguir un par mnimo elevado MA y una intensidad de arranquebaja IA mediante una resistencia hmica de rotor relativamente alta en el par dearranque. Bsicamente, durante el arranque se origina un "efecto de desplaza-miento de corriente" (efecto pelicular) ms o menos elevado; esto se aplica atodos los tipos de diseos de rotor. Se distinguen los siguientes diseos:

a rotor de jaula nica

b versin de ranura profunda

c rotor de jaula doble

Figure 1.8.1 Slot shapes for squirrel-cage rotors


1.8


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Rotores de jaula de ardilla normales con ranura nica y conductores circu-lares, rectangulares o trapezoidales, hechos normalmente de aluminio y pro-

vistos de un par de arranque relativamente elevado (1,8...2,5 x Mn) y una cor-riente de arranque alta (5...10 x In).

Rotores de desplazamiento de corriente, tambin llamados rotores de barraprofunda. Si las barras de la jaula son altas y estrechas, durante la puesta enmarcha se produce un desplazamiento de corriente, dado que en ese momen-to la frecuencia del rotor es alta. La corriente fluye por la parte exterior o"piel" del rotor. Este efecto reduce la seccin transversal eficaz del conductory, por consiguiente, aumenta la resistencia hmica. El resultado es un par dearranque MA bueno y una intensidad de arranque IA baja favorable. Duranteel funcionamiento, el desplazamiento de corriente deja de tener efecto, ya

que en ese momento la frecuencia del rotor es muy baja y las corrientes y lospares del motor son normales.

Rotores de jaula de ardilla doble, cuya barra est dividida en dos barras indi-viduales que suelen estar elctricamente aisladas la una de la otra. La jaulaexterna tiene una resistencia hmica alta y la interna, una resistencia hmicabaja. Esto se consigue utilizando un material (Cu, Al, Ms) y un tamao deseccin transversal de conductor apropiados. El efecto es incluso mayor queen un rotor de desplazamiento de corriente. Durante el arranque, la corrientefluye esencialmente slo por la parte exterior de la jaula, lo cual reduce lacorriente de arranque IA e incrementa relativamente el par de arranque MA.

Durante el funcionamiento, la corriente se distribuye entre las dos jaulas deacuerdo a sus resistencias hmicas.

Rotores de jaula de ardilla de alta resistencia, tambin llamados rotores dedeslizamiento, con forma de ranura como la de un rotor de jaula de ardillanormal, pero con conductores de latn o de aleacin de aluminio de altaresistencia en lugar de conductores de Al o Cu. Esto hace que la resistenciahmica aumente. Este rotor, comparado con el de desplazamiento de corri-ente, permanece constante a lo largo de todo el rgimen de velocidad y,durante su funcionamiento, produce un deslizamiento elevado con una carac-terstica de velocidadflexible y un par de arranque mximo poco pronuncia-

do. El par de arranque MA es alto respecto a la resistencia del rotor y laintensidad de arranque IA disminuye. Dado que, durante el funcionamiento,la resistencia hmica es alta, las prdidas son relativamente grandes, por loque las prestaciones son poco econmicas. En consecuencia, estos rotores seutilizan poco hoy en da, sobre todo desde que las caractersticas deseadastambin pueden conseguirse con dispositivos electrnicos de bajas prdidas,como los variadores y los arrancadores suaves.

1.9



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K = jaula normal (Al)

TN = rotor de barra profunda (Al o Cu)DK = rotor de jaula doble (Al o Cu o

Al en el exterior y Ms en el interior)W = rotor de jaula de ardilla de alta

resistenciaM = parn = velocidad

Figura 1.10.1 Caracterstica de par principal de varios tipos de jaulas

1.3 Caractersticas de funcionamiento

Las caractersticas de funcionamento son una presentacin grfica del compor-tamiento de: la velocidad la corriente el factor de potencia la potencia el rendimiento el deslizamientoen funcin de la carga.

La Figura 1.10.2 muestra las caractersticas de funcionamiento de un motor de

induccin tpico.

Figura 1.10.2 Caractersticas de funcionamiento de un motor de induccin en

funcin de la carga

n = velocidad nS = velocidad sincrnicaP1 = potencia de entrada P2 = potencia de salida = rendimiento cos = factor de potenciaI = corriente de entrada In = intensidad nominals = deslizamiento Pn = potencia nominal


1.10


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n La velocidadn slo disminuye ligeramente conforme aumenta la carga.

Por consiguiente, los motores de jaula de ardilla estndar tienen unas car-

actersticas de velocidad "rgidas".

s El deslizamiento s aumenta ms o menos proporcionalmente con el incre-

mento de la carga.

cos Elfactor de potencia cos depende en gran medida de la carga y normal-

mente alcanza su mximo durante la sobrecarga. En el rgimen de carga

parcial, es relativamente desfavorable, ya que, incluso con cargas par-

ciales, la magnetizacin es prcticamente constante.

El rendimiento muestra una caracterstica relativamente plana y es prc-

ticamente constante por encima de la media-carga. Suele alcanzar su mx-imo cuando est por debajo de la potencia de rgimen Pn.

I La intensidadI aumentaproporcionalmente comenzando ms o menos a

media-carga. Por debajo de la media-carga, la corriente disminuye slo

ligeramente hasta convertirse en la corriente de carga nula IO (magneti-

zacin constante).

P Lapotencia P1 aumenta ms o menos en proporcin con el inicio de carga

comenzando en la potencia de carga nula. En el rgimen de sobrecarga, la

potencia aumenta algo ms deprisa, ya que las prdidas tambin se incre-

mentan con ms rapidez.Dado que el rendimiento y el factor de potencia cos pueden tener un efectoimportante sobre la eficacia econmica de un motor, es muy importante sabercules son los valores de la carga parcial. Ambos valores determinan elrendimiento econmico del funcionamiento. En el rgimen de carga parcial, losdos valores disminuyen. Adems, el factor de potencia cos de los motores develocidad baja es inferior al de los motores de velocidad elevada. Por consigu-iente, los motores de velocidad alta y dimensionamiento preciso no slo resultanms baratos al comprarlos, sino tambin al utilizarlos.

1.11


17/62


18/62

2.1

2 Tipos de servicio de motores elctricosNormalmente, los motores de induccin trifsicos de servicio continuo estn dis-

eados para la potencia nominal. Los accionadores son una excepcin. Sinembargo, la mayora de los motores funcionan con un tipo de servicio no contin-uo. Algunos motores slo se conectan por unos instantes, otros funcionan todo elda, pero slo se cargan brevemente, y muchos motores deben acelerar grandesvolantes o funcionan en un modo conmutado y se frenan elctricamente. Entodos estos tipos de servicio distintos, un motor se calienta de forma diferenteque en un servicio continuo. Para evitar daos en el bobinado y el rotor delmotor por sobrecalentamiento, deben tenerse en cuenta estos procesos de calien-tamiento especiales.

2.1 Tipos de servicio primarios S1 - S9Para los fines del diseo, la informacin sobre el tipo de servicio debe ser lo msexacta posible, ya que la potencia generada puede variar mucho respecto a lapotencia de salida continua. El nmero de tipos de servicio posibles es por ellotericamente ilimitado. Para facilitar el entendimiento entre fabricantes y oper-adores, se han detallado nueve tipos de servicio principales (S1 - S9) en IEC 34.Casi todos los casos que ocurren en la prctica pueden asignarse a uno de estostipos de servicio:

Los fabricantes de motores deben asignar la capacidad de carga del motor a unode estos tipos de servicio definidos y, donde sea necesario, proporcionar los val-ores de tiempo de funcionamiento, periodo de carga o ciclo de servicio relativo.


S1: Servicio continuo S2: Servicio temporal S3: Tipo de servicio peridico intermitente sin arranque S4: Servicio peridico intermitente con arranque S5: Servicio peridico intermitente con arranque y frenado elctrico S6: Tipo de servicio de funcionamiento continuo S7: Servicio de funcionamiento continuo con arranque y frenado elctrico S8: Servicio peridico de funcionamiento continuo con cambios de

carga/velocidad relacionados S9: Servicio con variaciones de carga y velocidad no peridicas


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En las descripciones y diagramas referentes a los tipos de servicio S1 - S9, seutilizan los siguientes smbolos:

La velocidad n se especifica normalmente en revoluciones por minuto.Generalmente, la placa de datos indica la velocidad nominal nn a plena carga,pero en los catlogos tambin se especifica la velocidad sincrnica o nominal.

Los tipos de servicio S1 - S9 cubren muchas de las aplicaciones que se dan eneste campo. Si no es posible asignar el tipo de carga a uno de los tipos de servi-cio definidos, es necesario proporcionar al fabricante la descripcin exacta delciclo o seleccionar un tipo de servicio que se ajuste a una carga al menos tan

dura como la aplicacin misma.

2.1.1 S1: Servicio continuo

Funcionamiento en un estado de carga constante, como el mostrado en la Figura2.2.1, con una duracin suficiente para alcanzar el equilibrio trmico. El periodode carga tB es mucho mayor que la constante trmica de tiempo T.

Figura 2.2.1 Tipo de servicio S1: servicio continuo


2.2

P = potencia en kW tBr = tiempo de frenado en seg., minPv = prdidas en kW tL = tiempo de reposo en seg., min, hn = velocidad/min tr = ciclo de servicio relativo (%) = temperatura en C tS = duracin de ciclo en segundosmax = temp. mxima en C tSt = tiempo de parada en seg., min, ht = tiempo en seg., min, h T = constante trmica de tiempo en

minutostB = periodo de carga tA = tiempo de arranque en seg., minJM = momento de inercia del motor en kgm

2

Jext = momento de inercia de la carga referido al eje del motor en kgm2

Identificacin S1: especificacin de la potencia en kW, si es nece-

sario con abreviatura S1.


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2.1.2 S2: Servicio temporal

Funcionamiento en un estado de carga constante, como el mostrado en la

Figura 2.3.1, que, no obstante, no dura lo suficiente para alcanzar el equilibriotrmico y con un intervalo posterior que dura hasta que la temperatura de lamquina difiere en no ms de 2 K de la temperatura del refrigerante.

El servicio es temporal cuando el periodo de carga tB 3 T (constante trmicade tiempo). Comparado con el servicio continuo, el motor puede generar mspotencia durante el periodo de carga. Consulte con el fabricante para obtenerms detalles.

Figura 2.3.1 Tipo de servicio S2: servicio temporal

2.3


Identificacin S2: por especificacin del periodo de carga tB y la

potencia P en kW.

- Ejemplo: S2: 10 min, 11 kW.

- Para el tiempo de funcionamiento tB, se recomiendan periodos de 10, 30, 60

y 90 min.


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2.4

2.1.3 S3: Tipo de servicio peridico intermitente sin arranque

Funcionamiento, como el mostrado en la Figura 2.4.1, que est compuesto de

una secuencia de ciclos de servicio similares con una duracin de ciclo tS acarga constante y un intervalo que generalmente es tan corto que no se alcanzael equilibrio trmico y la corriente de arranque no afecta al calentamiento deforma apreciable. ste es el caso cuando tB 3 T. La potencia durante este peri-odo debe ser mayor que la potencia de salida continua del motor. Consulte conel fabricante para obtener ms detalles.

ciclo de servicio relativo

tr = 100

Figura 2.4.1 Tipo de servicio S3: tipo de servicio peridico intermitente sin

arranque

Si no se especifica la duracin de ciclo, se aplica tS = 10 min.Los valores recomendados para el ciclo de servicio relativo tr son 15%, 25%, 40%y 60%.

Ciclo de servicio relativo tr = 100

tB

= periodo de carga en seg., min ts

= duracin de ciclo en seg., mintr = ciclo de servicio relativo en %

Identificacin: por especificacin del periodo de carga tB, la

duracin de ciclo tS y la potencia P, pero tambin por el ciclo de ser-

vicio relativo tr en % y por la duracin de ciclo.

- Ejemplo: S3: 15 min / 60 min. 11 kW.

- Ejemplo: S3: 25%, 60 min. 11 kW.

tB

tB + tS

tBtB + tS


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2.1.4 S4: Servicio peridico intermitente con arranque

Funcionamiento, como el mostrado en la Figura 2.5.1, que consiste en una

secuencia de ciclos de servicio idnticos con una duracin de ciclo tS, en la quecada ciclo abarca un tiempo de arranque tA determinado, un tiempo tB con cargaconstante y un intervalo tSt.


tr = 100

Figura 2.5.1 Tipo de servicio S3: servicio peridico intermitente con arranque

Aqu debe tenerse en cuenta si el motor se detiene al final del ciclo por efecto dela carga o por medio de un freno mecnico. Si el motor sigue funcionandodespus de desconectarlo con el fin de enfriar significativamente el bobinado,esto debe indicarse. Si no se indica, se asume que el motor se detendr en unperiodo de tiempo muy breve.En este tipo de servicio, el mximo nmero de conmutaciones sin carga Z0 se

utilizan como base para calcular la mxima frecuencia de conmutaciones de fun-cionamiento de acuerdo con el par de carga, la posible masa adicional y un posi-ble efecto de volante. Comparado con el servicio continuo S1, puede apreciarseuna reduccin de potencia.

2.5

Ciclo de servicio relativo tr = = 100

tA = tiempo de arranque en seg., min ts = duracin de ciclo en seg., mintr = ciclo de servicio relativo en % tB = timepo de carga en seg., mintSt = tiempo de parada en seg., min

Identificacin: por el ciclo de servicio relativo tr en %, el nmero

ZL de arranques por hora y la potencia P.

- Ejemplo: S4: 25%, 500 arranques por hora, 11 kW.

- Informacin adicional sobre los momentos de inercia del motor y la carga

JM y Jext durante el arranque

tA + tB

tS

(tA + tB) 100

tA + tB + tSt

tA + tBtA + tB + tSt


23/62

2.1.5 S5: Servicio peridico intermitente con arranque y frenado elctrico


una secuencia de ciclos de servicio similares con una duracin de ciclo tS, en laque cada ciclo abarca un tiempo de arranque tA determinado, un tiempo tB concarga constante y un tiempo tB de frenado elctrico de alta velocidad. No hayintervalo.


tr

= 100

Figura 2.6.1 Tipo de servicio S5: servicio peridico intermitente con arranque y

frenado elctrico

Comparado con el servicio continuo S1, en este modo es necesaria una reduc-

cin de potencia. Consulte con el fabricante para obtener ms detalles.


2.6

Ciclo de servicio relativo tr = = 100

tA = tiempo de arranque en seg., min tSt = tiempo de parada en seg., mintB

= periodo de carga en seg., min tr

= ciclo de servicio relativo en %ts = duracin de ciclo en seg., min tBr = tiempo de frenado en seg., min

Identificacin: similar a S4, pero tambin identificado con especifi-

cacin del tipo de frenado (frenado de contramarcha, frenado

regenerativo, etc.).

- En caso de duda y cuando los tiempos de arranque y frenado sean largos en

relacin al tiempo de funcionamiento nominal, los tres intervalos de tiempo

deben indicarse por separado.- Ejemplo: S4: 25%, 500 arranques por hora, frenado de contramarcha, 11 kW.

- Informacin adicional sobre los momentos de inercia del motor y la carga JMy Jext durante el arranque y el frenado.

tA + tB + tBr

tS

(tA + tB+ tBr) 100

tA + tB+ tBr + tSt

tA + tB+ tBr

tA + tB + tBr + tSt


24/62

2.1.6 S6: Servicio peridico de funcionamiento continuo


una secuencia de ciclos de servicio similares con una duracin de ciclo tS, en laque cada ciclo abarca un tiempo tB con carga constante y un tiempo de reposotL, sin intervalo. Despus del tiempo de funcionamiento tB, el motor sigue giran-do sin carga y, debido a la corriente de carga nula, no se enfra hasta la temper-atura del refrigerante, pero se ventila durante el tiempo de reposo tL. ste es elestado de funcionamiento cuando tB T.


tr = 100

Figura 2.7.1 Tipo de servicio S6: servicio peridico de funcionamiento continuo

Comparado con el servicio continuo S1, puede escogerse una potencia mayorpara el periodo de funcionamiento tB. Consulte con el fabricante para obtenerms detalles.

2.7


Ciclo de servicio relativo tr = 100 = 100

tB = periodo de carga en seg., min tL = tiempo de reposo en seg., mints = duracin de ciclo en seg., min tr = ciclo de servicio relativo en %

Identificacin: como en S3, por el ciclo de servicio tB, la duracin

de ciclo tS, y la potencia P.

- Ejemplo: S6: 25%, 40 min, 11 kW.- Si no se indica una duracin de ciclo, se aplica tS = 10 min.

tB

tS

tB

tB+ tL

tBtB + tL


25/62

2.1.7 S7: Servicio de funcionamiento continuo con arranque y frenadoelctrico

Funcionamiento, como el mostrado en la Figura 2.8.1, que est compuesto poruna secuencia de ciclos de servicio similares con una duracin de ciclo tS, en laque cada ciclo abarca un tiempo de arranque tA determinado, un tiempo tB concarga constante P y un tiempo tBr con frenado elctrico de alta velocidad. Nohay intervalo.

ciclo de servicio relativo tr = 1

Figura 2.8.1 S7: servicio de funcionamiento continuo con arranque y frenado

elctrico

Comparado con el servicio continuo S1, en este modo es necesaria una reduc-cin de potencia. Consulte con el fabricante para obtener ms detalles.


2.8

Ciclo de servicio relativo tr = 1

Identificacin: como S4, identificado sin indicacin del ciclo de ser-

vicio relativo tr, pero con indicacin del tipo de frenado (contra-marcha, frenado regenerativo, etc).

- En caso de duda y cuando los tiempos de arranque y frenado sean lo bas-tante largos en relacin al tiempo de funcionamiento nominal, deben indi-carse los tres intervalos de tiempo por separado.

- Ejemplo: S7: 500 ciclos de servicio por hora, frenado por contramarcha, 11 kW.

- Informacin adicional sobre los momentos de inercia del motor y la cargaJM y Jext durante el arranque y el frenado.


26/62

2.1.8 S8: Servicio peridico de funcionamiento continuo con cambiosde carga/velocidad relacionados

Funcionamiento, como el mostrado en la Figura 2.10.1, que est compuesto deuna secuencia de ciclos de servicio similares con una duracin de ciclo tS. Cadauno de estos ciclos abarca un tiempo con una carga constante y una velocidaddeterminada, y despus uno o varios tiempos con cargas diferentes que corre-sponden a velocidades distintas, por ejemplo, por inversin de los polos. No hayintervalo ni tiempo de reposo.

Este modo no puede registrarse con una simple frmula. Hay que emplear unacarga continua adecuada como referencia para el ciclo de carga:

2.9


Ciclo de servicio

relativo tr1 = = 100

Ciclo de servicio


Ciclo de servicio


tA = tiempo de arranque en seg., min ts = duracin de ciclo en seg., mintB = periodo de carga en seg., min tr = ciclo de servicio relativo en %tBr = tiempo de frenado en seg., min

Identificacin: como S5, excepto que para cada velocidad debe

especificarse el tiempo durante el que ocurre esa velocidad dentro

del periodo de cada ciclo.

- Ejemplo: S8: 30%, 3000/m, 10 min, 1500/m 20 min. 2 ciclos por hora. 11

kW.

- Informacin adicional sobre los momentos de inercia del motor y la carga

JM y Jext durante el arranque y el frenado.

tA + tB1

tS

(tA + tB1) 100

tA + tB1 + tBr1 + tB2 + tBr2 + tB3

(tBr1 + tB2) 100


(tBr2 + tB3) 100


tBr1 + tB2

tS

tBr2 + tB3

tS


27/62

Figura 2.10.1 Tipo de servicio S8: servicio peridico de funcionamiento

continuo con cambios de carga/velocidad relacionados

Ciclo de servicio relativo tr1 = 100



Comparado con el servicio continuo S1, en este tipo de servicio es necesaria unareduccin de potencia. El clculo exacto es muy complejo y slo es posible coninformacin detallada del fabricante.


2.10

tA + tB1

tA + tB1 + tBr1 + tB2 + tBr2+ tB3

tBr1 + tB2


tBr2 + tB3



28/62


2.1.9 S9: Servicio con variaciones de carga y velocidad no peridicas

En este modo de funcionamiento, como se muestra en la Figura 2.11.1, la carga

y la velocidad varan de forma no peridica dentro del rgimen de fun-cionamiento mximo. Pueden darse con frecuencia picos de carga situados muypor encima de la potencia nominal. La posibilidad de sobrecarga puede tenerseen cuenta por sobredimensionamiento selectivo.El tipo de servicio no puede registrarse con una simple frmula. Debe emplearseuna carga continua adecuada como referencia para el ciclo de carga:

Figura 2.11.1 Tipo de servicio S9: servicio con variaciones de carga y

velocidad no peridicas

Comparado con el servicio continuo S1, la potencia de salida continua equiva-lente del tipo de servicio S9 puede ser menor, igual o incluso mayor, dependien-do de la caracterstica de carga y la duracin de los intervalos.

2.11

Identificacin: generalmente, los fabricantes y usuarios estn de

acuerdo en emplear una potencia de salida continua equivalente

("equ") en lugar de la carga variable para velocidades distintas y

funcionamiento irregular con sobrecarga.

Ejemplo: S9, 11 kW equ 740/min; 22 kW equ 1460/min.


29/62

2.2. Valores medios de potencia, par y corriente

En muchos casos, el uso real de un motor difiere de los tipos de servicio S1 - S9

porque la potencia P necesaria o el par ML (y, por tanto, la corriente I) no sonconstantes. Puesto que las prdidas Pv varan con el cuadrado de la carga, losvalores individuales (potencias, pares, corrientes) pueden sustituirse por unapotencia media Pmi.

Figura 1.12.1 Clculo de la potencia media Pmi, el par medio Mmiy la

corriente media Imi (Ieff)

Potencia media Pmi =

Estos valores se determinan por conversin cuadrtica, como se muestra en laFigura 2.12.1, empleando las potencias de salida individuales y los tiempos efi-caces asociados. El par mximo alcanzado en este caso no debe exceder el 80%del par mximo de un motor de induccin trifsico. Sin embargo, no es posiblerealizar este tipo clculo de valores medios en S2.


2.12

P1

t1

+ P2

t2

+ P3

t3

t1 + t2 + t3

2 2 2

Ciclo


30/62


Cuando las potencias difieren por un factor mayor que 2, este tipo de clculo devalores medios es demasiado impreciso y los clculos deben realizarse con laintensidad media tomada de las caractersticas del motor.

Ejemplo: En una mquina de manipulacin industrial automtica, se determinanlos siguientes ciclos de carga para una duracin de ciclo de 10 minutos:

6 kW durante 3 minutos, 3 kW durante 2 minutos, 7 kW durante 2 minutos, 2kW durante 3 minutos:

Cul es la carga media?

Pmi = = = 4,85 kW

2.13

P1 t1 + P2 t2 + P3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 26 3 + 3 2 + 7 2 + 2 3

3 + 2 + 2 + 3

2 2 2 2

Potencia media Pmi =

Par medio Mmi=

Intensidad media (Ieff) =

P1 t1 + P2 t2 + P3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2

M t1 + M2 t2 + M3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2

I1 t1 + I2 t2 + I3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2


31/62

2.3 Potencia del motor y tipos de servicio

Los tipos de servicio S1 - S9 pueden dividirse en dos grupos, en funcin de si es

posible o necesario un aumento o una reduccin de la potencia nominal respectoa S1:

2.3.1 Aumento de potencia comparado con S1

Puesto que en los tipos de servicio S2, S3 y S6 la mquina no funciona a plenacarga de forma continua, sino slo en bloques, puede enfriarse de nuevo duranteel tiempo de parada tSt y, por tanto, sobrecargarse mecnica y trmicamentedurante el periodo de carga tB. Para determinar el aumento mximo, las sigu-ientes variables desempean un papel importante:

Lo cierto es que estos clculos no son sencillos. Por este motivo, muchos fabri-cantes de motores de induccin trifsicos tambin ofrecen programas informti-

cos para los clculos relativos a motores. Con su ayuda es posible encontrar elmotor adecuado de forma rpida y fiable.


2.14

Aumento de potencia comparado con S1: para S2, S3 y S6Reduccin de potencia comparado con S1: para S4, S5, S7 y S8

Pn Potencia nominal del motor en kWPmech Valor nominal del lmite mecnico del motor en kWPth Valor nominal del lmite trmico del motor en kWMn Par nominal en Nm

MK Par mximo en NmT Constante trmica de tiempo en minutos (Tabla 2.18.1)k0 Proporcin de prdidas equivalentes con carga/sin carga (Tabla 2.18.2)tr Ciclo de servicio relativo en %h Proporcin de disipacin de calor con ventilacin/sin ventilacin (Tabla

2.19.1)z0 Frecuencia de inversin por hora sin carga (Tabla 2.19.2)


32/62

2.3.2 Valor nominal del lmite mecnico

Cuando se aumenta la potencia en los tipos de servicio S2, S3 y S6, debe tenerse

en cuenta el valor nominal del lmite mecnico Pmech. Las normas indican quedebe ser posible sobrecargar motores de induccin multifsicos durante 15segundos, con independencia de su tipo de servicio y diseo, con el voltaje y lafrecuencia nominal de entrada, hasta 1,6 veces el par nominal. Los datos de loscatlogos, sin embargo, estn sujetos a tolerancias de hasta un -10%, de formaque el par mximo MK debe ser superior por un factor de 1,76 con respecto alnuevo par aumentado Mmax. En consecuencia, el valor nominal del lmitemecnico puede definirse del siguiente modo en lo referente a datos de catlogo:

2.3.3 Reduccin de potencia comparado con S1

En los tipos de servicio S4, S5, S7, S8 y S9, la potencia del motor debereducirse, ya que en todos estos casos las prdidas en el arranque o el frenado

desempean un papel principal.El mtodo de clculo se basa en la mxima frecuencia de conmutacin sin cargaz0, como se indica en la Tabla 2.19.2. Esta frecuencia indica el mximo nmerode inversiones permitido por hora sin que el motor se caliente en exceso. Lamxima frecuencia de conmutacin permitida en unas condiciones de cargadeterminadas puede calcularse ahora utilizando factores de reduccin como elfactor de inercia, el factor de par antagonista y el factor de carga.

El factor de inercia FItiene en cuenta los momentos de inercia externos como elmomento de inercia del motor JMot y el momento de inercia de la carga Jzus:

2.15


Valor nominal del lmite mecnico Pmech

Pn = potencia nominal en WMn = par nominal en NmMk = par mximo en Nm

MK

Mn

Pn

1,76

Factor de inercia FI =

JMot = momento de inercia del motor en kgm2

Jzus = momento de inercia de la carga en kgm2

JMot + Jzus

JMot


33/62

Si las velocidades de la mquina accionada y del motor no son iguales, todos losmomentos de inercia deben convertirse a la velocidad del motor nMot:

Elfactor de par antagonista kg tiene en cuenta un par de carga medio ML queest presente durante la aceleracin y que debe ser superado por el par motor

medio MMot:

Cuando se utilizan engranajes con un rendimiento de engranaje hG y las veloci-

dades son por ello diferentes, los pares de carga de la mquina accionada debenconvertirse a la velocidad del motor n:


2.16

Momento de inercia de la carga convertido Jzus =

J = momento de inercia en kgm2

n = velocidad/min

J1 n2

1 + J2 n2

2 +...

n2Mot

Factor de par antagonista kg = 1 -

ML = par de carga MMot = par motor

ML

MMot

Pares de carga convertidos ML = + + ...

M = par en Nm n = velocidad/min = rendimiento de engranaje

ML1 n1

G1 nn

ML2 n2

G2 nn


34/62

Debido al efecto del proceso de arranque sobreel calentamiento, la potencia nominal Pn del

motor escogida debe ser mayor que la requeri-da por la demanda real de potencia P.

tA= tiempo de arranque, tB = tiempo de carga,tSt= tiempo de parada, tS = duracin de ciclo

Figura 2.17.1 Tipo de servicio S4 para el servicio peridico de un centro de

maquinado automtico

Debido al efecto de los procesos de arranque yfrenado sobre el calentamiento, la potencia de

nominal Pn del motor escogida debe ser mayorque la requerida por la demanda real de poten-cia P.

tA = tiempo de arranque, tB = tiempo de carga,tBr = tiempo de frenado, tSt= tiempo de

parada,tS = duracin de ciclo

Figura 2.17.2 Tipo de servicio S5 para el servicio peridico de una sierra

circular

0 0,5 1 n/ns

Figura 2.17.3 Rgimen de variacin tpica de la caracterstica de par en

motores de induccin trifsicos

2.17


potencia P

velocidad n

potencia P

velocidad n


35/62

Elfactor de carga kL con el que se tiene en cuenta la carga durante el fun-cionamiento. En los casos en los que la caracterstica de carga no se conoce con

exactitud, se aplica lo siguiente:

Tabla 2.18.1 Constante de tiempo de calentamiento tpica T en minutos para

motores de induccin

Tabla 2.18.2 Proporcin tpica KO entre prdidas equivalentes sin carga y en

funcionamiento


2.18

Factor de carga kL = 1 - (P / Pn)2

kL = Factor de cargaP = Potencia requerida en kWPn = Potencia nominal del motork0 = Proporcin de prdidas sin carga/con carga equivalentes (Tabla 2.18.2)h = Proporcin de disipacin de calor con ventilacin/sin ventilacin (Tabla

2.19.1)tr = Ciclo de servicio relativo (ver tipos de servicio S1 - S9)

(1 - ko)tr

(1 - ko)tr + (1 - tr)h

Potencia 2 polos 4 polos 6 polos 8 polos

nominal Pn - kW min min min min0,09 1,1 7 10 11 10 12 1,5 3,0 5 8 9 12 12 12 16

4,0 14 11 13 125,5 18,5 11 15 10 19 13 20 10 14

22 45 25 35 30 40 40 50 45 5555 90 40 45 50 50 55 55 65110 132 45 50 55 60 75

Potencia de 2 polos 4 polos 6 polos 8 polos

rgimen Pn - kW

0,09...1,5 0,35 0,45 0,5 0,52,2...18,5 0,25 0,25 0,3 0,3

22

30...55 0,25 0,3 0,3 0,3

75...160 0,35 0,35 0,3 0,3


36/62

Las prdidas equivalentes son la suma de los porcentajes de prdidas individ-uales que contribuyen al calentamiento del bobinado, como prdidas de carga,

ncleo y rotor.

Tabla 2.19.1 Proporcin tpica h de disipacin de calor entre motores sin

ventilacin y motores con ventilacin

Tabla 2.19.2 Frecuencia tpica de conmutacin sin carga z0por hora

2.19



nominal Pn - kW

0,09...18,5 0,4 0,45 0,5 0,5

22...500 0,2 0,3 0,3 0,3

Tamao 2 polos 4 polos 6 polos 8 polos

56 2 300 5 000 8 000 -63 3 000 8 600 8 000 -71 4 000 6900 6 000 7 00080 1 700 5 000 5 500 8 000

90S 2 000 3 000 7 900 11 00090L 2 000 2 500 6 200 11 000

100L 1 000 4 000 5 100 10 000112M 720 1700 3 200 2 500

132S 450 850 2 200 2 800132M - 1000 1 700 3 000160M 400 900 1 700 2 300160L 400 900 1 600 2 300180M 200 600 - -180L - 550 800 1 200200L 150 400 620 900225S - 280 - 700225M 90 270 450 670250M 60 200 320 500280S 41 130 260 400280M 39 120 240 370315S 34 100 180 300315M 32 90 170 269


37/62


38/62

3.1

3 Pares de carga caractersticos

Los motores estn correctamente dimensionados si funcionan habitualmente conel par nominal Mn y la velocidad nominal nn. De este modo generan la potenciade salida nominal Pn y consumen la intensidad nominal In. La caracterstica depar de la mayora de las mquinas accionadas puede asignarse a curvas carac-tersticas, lo cual facilita enormemente el diseo de motores.Las cargas o mquinas accionadas son dispositivos mecnicos que se utilizanpara manipular o dar forma a materiales, como mquinas herramienta, prensas,calandrias, centrifugadoras, etc., pero tambin sistemas transportadores comogras, cintas transportadoras y mecanismos de avance transversal. Asimismo,las bombas y los ventiladores pueden incluirse en un mismo grupo. En

maquinarias de gran tamao y complejidad, como laminadoras o mquinas dehacer papel, el sistema se divide en partes y cada motor se examina por separa-do. La estructura detallada de la mquina accionada no suele considerarse para eldiseo del motor. Normalmente, se puede describir con la suficiente precisinmediante la caracterstica de parML = f(n) o ML = f(t), la velocidad en funcindel tiempo n = f(t), la mxima aceleracin/deceleracin permitida y el momentode inercia total en relacin al eje del motor.Las caractersticas suelen variar mucho entre el funcionamiento sin carga y aplena carga. El momento de inercia tambin puede variar, dependiendo de si hayms o menos material procesado en la mquina.Para eldimensionado de motores y la verificacin de los ciclos de arranque y

frenado, es de gran importancia conocer el comportamiento delpar de carga

ML en funcin de la velocidad.

Cualquier mquina accionada aplica al motor un par determinado que, normal-mente, depende de la velocidad. Tambin se conoce comopar estacionario yviene determinado bsicamente por el proceso tecnolgico. En general, actacontra la direccin del movimiento, excepto en el movimiento descendente demecanismos de elevacin, donde acta en la direccin del movimiento. Adems,haypares de aceleracin y deceleracin cuando vara la velocidad, que estndeterminados por el momento de inercia. Con frecuencia, la caracterstica de parde carga en un motor es tpica y, por tanto, puede describirse con ciertos atribu-tos. Esto se denomina clasificacin de mquinas accionadas.



39/62

Con el fin de obtener una idea general de los muchos y variados diseos demquinas accionadas, stos se categorizan en funcin de sus caractersticas de

carga tpicas o sus curvas de potencia de salida, como se indica en la Figura3.2.1 y la Figura 3.4.1. Aqu hay que tener en cuenta que, por ejemplo, los ven-tiladores y los compresores muestran caractersticas distintas, dependiendo de sifuncionan a plena carga o sin carga. Es mejor arrancarlas sin carga.

Figura 3.2.1 Caracterstica de par o de potencia de salida para cargas tpicas

en funcin de la velocidad

a M const. P proporcional a nb M proporcional a n, P proporcional a n2

c M proporcional a n2 P proporcional a n3

d M proporcional a 1/n P const.

En muchos casos, es importante el par de carga medio MLm. Para una caracters-tica de par conocida, puede determinarse de acuerdo con el par Mn tras la acel-eracin completa.

3.1 Pares de carga en funcin de la velocidad

Los principios fsicos de la ingeniera de motores muestran que la potenciamecnica P de un motor es en funcin del par M y la velocidad n o la velocidadangular .

3.1.1 Par constanteBsicamente, el par de una mquina accionada es resultado del rozamientomecnico que permanece constante en una amplia gama de velocidades, como seindica en la Figura 3.2.1 a. Durante el arranque, suele ser necesario superar unrozamiento esttico mayor.


3.2

M = const.

P = const.


40/62


3.3

stos son algunos ejemplos de cargas mecnicas con par constante:- mecanismos de elevacin, ascensores, montacargas- mquinas herramienta con una fuerza de corte constante- cintas transportadoras, motores de alimentacin- rectificadoras sin ventilacin- bombas y compresores de pistn con presin constante- laminadoras- en parte tambin cizallas y perforadoras- cepilladoras- rodamientos, engranajes

En estas aplicaciones, el par de carga medio MLm corresponde aproximada-

mente al par nominal MNde la carga. Por tanto, en estas aplicaciones, la poten-cia P puede reducirse proporcionalmente disminuyendo la velocidad n.Alreducir la velocidad a la mitad, tambin se reduce la potencia a la mitad.

3.1.2 Aumento del par en proporcin a la velocidad

Esta relacin surge, como se muestra en la Figura 3.2.1, por ejemplo, en el roza-miento proporcional a la velocidad (rozamiento viscoso) durante el laminado yprocesamiento de papel, tejidos o baldosas de goma.

stos son algunos ejemplos:- calandrias, extrusores- satinado de papel y tejidos- frenos electromagnticos

En estas aplicaciones, el par de carga medio MLm es aproximadamente igual a

la mitad del par nominal Mn/ 2. Cuando la velocidad n se reduce, la potencia Pdisminuye por su cuadrado. Cuando se reduce la velocidad n a la mitad, la

potencia P se reduce a una cuarta parte.

P = M 2 n = M Con un par constante M, la potencia P es una funcin proporcional

de la velocidad n.

P ~ n

Cuando el par M aumenta proporcionalmente, la potencia P aumen-

ta con el cuadrado de la velocidad:

P ~ n2


41/62

Figura 3.4.1 Caracterstica de par de carga tpica en mquinas accionadas con

arranque

A Aplicaciones diversas

a elevadores, ascensores, motores de alimentacinb mquinas herramienta para manipulacin de metalc vehculos de velocidad lenta, c' vehculos de velocidad rpidad extrusorese calandrias

B Compresores

f compresores de pistn de contrapresin, f' sin cargag compresores giratorios de contrapresin, g' sin cargah turbocompresores

C Ventiladores

i ventiladores de contrapresin o bombas centrfugas, i' ventiladores sincarga

k soplantes giratorios de pistn, k' sin carga

D Trituradoras

l molinos de bolasm trituradoras centrfugasn trituradoras de martilloo trituradoras de impacto


3.4

motores compresores

trituradorasventiladores

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0


42/62

3.1.3 Aumento del par con el cuadrado de la velocidad

Esta relacin surge, como se muestra en la Figura 3.2.1, principalmente cuando

hay rozamiento gaseoso o lquido.

stos son algunos ejemplos:

- soplantes y ventiladores de todos los tipos

- hlices- motores de pistn con impulsin en un circuito abierto de tubos

- bombas centrfugas

- aparatos mezcladores, centrifugadoras

- vehculosEl par de carga medio MLm es aproximadamente un tercio del par nominal

Mn/3. Dado que el par M aumenta de forma cuadrtica al incrementarse lavelocidad n, la potencia P es en funcin del cubo de la velocidad. Con la mitadde velocidad, slo es necesario un octavo de la potencia.

Esta relacin es importante, por ejemplo, en motores de bombas y ventiladores

para calefaccin y ventilacin. En lugar de reducir la cantidad de impulsin

con una vlvula corredera o de estrangulamiento, es mejor ajustar la velocidad

del motor de accionamiento.

3.1.4 Reduccin del par en proporcin inversa a la velocidad

Al aumentar la velocidad, como se muestra en la Figura 3.2.1, el par disminuye.stos son algunos ejemplos:

- tornos al aire

- mquinas de pelar giratorias

- devanadoras

- bobinadoras

El par de carga medio ML slo puede determinarse en un grfico.

3.5


Cuando el par M aumenta de forma cuadrtica, la potencia P

aumenta con el cubo de la velocidad n.

P ~ n3

Si el par M disminuye en proporcin inversa a la velocidad n, la

potencia P permanece constante.

P const.


43/62

3.2 Pares de carga en funcin del ngulo

Estas caractersticas aparecen en maquinaria con movimiento alternativo, por

ejemplo, en motores de mesa. Tambin estn presentes en la maquinaria de pis-tones (compresores en bombas de calor) debido a la carga intermitente. La corri-ente elctrica de entrada del motor de accionamiento sigue este ciclo demovimiento y puede generar una cada de tensin que flucte rtmicamente en lalnea. En general, al planear estas aplicaciones, se traza lo que se conoce comodiagrama de fuerzas de par.

3.3 Pares de carga en funcin de la trayectoria

Son tpicos, por ejemplo, en vehculos, motores de mesa, cables de transporteareos y cintas transportadoras.

3.4 Pares de carga en funcin del tiempo

Estos motores se cargan de forma intermitente o peridica. stos son algunosejemplos:

- perforadoras

- montacargas

- sistemas transportadores

- quebrantadoras de rocas

- molinos de bolas

3.5 Par mnimo

Otro concepto importante es elpar mnimo o esttico, causado por el rozamientoesttico. Para que un motor pueda arrancar de forma fiable, debe conocerse estevalor con la mayor precisin posible y el par de arranque MA del motor debe sermayor que el par de carga. En mquinas grandes con rodamientos deslizantes,puede ser significativamente mayor que el par nominal Mn.La Figura 3.4.1 muestra algunas caractersticas de par de mquinas accionadascomunes. La comparacin con la Figura 3.2.1 indica que la mayora de ellastienen una caracterstica tpica y, por tanto, es posible su clasificacin.

Ejemplo: La velocidad de un motor de induccin operado con un controlador decarga puede ajustarse en cualquier punto entre el 50% y el 100%. Cmo afectaesto al rgimen de impulsin de una bomba de pistn o centrfuga?

Bomba de pistn: la demanda de par es prcticamente independiente de lavelocidad, como se muestra en la Figura 3.2.1 a, y el par se mantiene casiconstante. La potencia de impulsin es, por tanto, proporcional a la velocidad.A la mitad de velocidad, se reduce tambin a P' = P . 0,50 = 50%.


3.6


44/62


Bomba centrfuga: en las bombas centrfugas, como se muestra en la Figura3.2.1 c, hay una relacin cuadrtica entre la demanda de par y la velocidad.

Por tanto, la potencia cambia cbicamente. As, a la mitad de velocidad lapotencia es P' = P . 0,53 = 0,125 = 12,5%. En consecuencia, el rgimen deimpulsin puede reducirse a un octavo del valor original.

El ejemplo muestra cmo el control automtico de la velocidad tiene una graninfluencia sobre la potencia de la mquina accionada.

3.7


45/62


46/62

4.1

4 Seleccin y dimensionamiento del motor elctricoLos motores elctricos son conversores de energa paraprocesos cinemticos,

como los que tienen lugar en la tecnologa de la mayora de las mquinasaccionadas. He aqu algunos ejemplos:

Aplicaciones de motor:- mquinas herramienta- gras, elevadores, vehculos- bombas, ventiladores, compresores- prensas, mquinas de curvado, laminadores, calandrias, etc.

Procesos actuadores:- correderas y vlvulas

- dispositivos de alimentacin, aplicaciones robticas- procesos cinemticos en enlaces de control

Todos los procesos cinemticos implican las variablesfuerza - par - potencia -energa y tiempo. Los slidos, lquidos o gases cambian de posicin en funcindel tiempo. Pero otros conceptos como la velocidad, aceleracin, rendimiento,etc. tambin desempean un papel. Los motores elctricos toman su energa defuentes de alimentacin de utilidad y la convierten en energa mecnica. Es posi-ble encontrar dispositivos auxiliares, como embragues, transmisiones, engrana-

jes, frenos y mquinas accionadas, entre el motor y la carga en s; es decir, el

slido, lquido o gas en movimiento. Para elegir un motor y dimensionarlo ade-cuadamente, es preciso determinar con relativa precisin los parmetros perti-nentes de cada elemento de la cadena del flujo energtico, empezando por lacarga en s. Por ello, es importante realizar una seleccin correcta. A fin deescoger el motor adecuado, es necesario encontrar el ideal para la tarea cinemti-ca en cuestin. Incluso ms importante que el tipo de motor, con sus accesorioscomo engranajes, frenos, embragues, etc., es el dimensionamiento correcto delmotor.Un motor subdimensionado no dar buenos resultados con un servicio continuo.Un motor sobredimensionado origina gastos innecesarios, su funcionamiento es

poco econmico (mayor coste de adquisicin, inferior rendimiento en su fun-cionamiento, mayores prdidas y necesidad de ms potencia reactiva) y puedecargar la mquina con un par acelerador excesivamente elevado.



47/62

En cualquier caso, es preciso definir las condiciones bsicas de aplicacin y, conellas, los siguientes factores importantes:

Transmisin de potencia: como accionamiento nico, el motor puedeacoplarse directamente a la carga o mediante una transmisin, o bien puedeutilizarse como motor central conectado a ejes intermedios, transmisiones porcorrea y por cadena, etc.

Condiciones de funcionamiento: las condiciones de funcionamiento, como lacapacidad de sobrecarga, frecuencia de arranque, modo de funcionamiento,pares mximos, temperatura ambiente, etc., no slo afectan a las dimensionesrequeridas para el motor, sino tambin a la seleccin de los accesorios delmismo.

Condiciones de espacio: estas condiciones y las posibilidades de disposicin

del sistema completo influyen sobre todo en la seleccin de los accesorios delmotor.

4.1 Capacidad del motor

El motor de induccin trifsico se utiliza con ms frecuencia en las tecnologasde accionamiento debido a su sencilla estructura mecnica y elctrica y a su altafiabilidad. Su aplicacin slo est limitada por sus caractersticas de par y veloci-dad.

El paso de la corriente por el bobinado del estatory el rotorgenera calor. Estecalor no puede exceder las temperaturas especificadas para los materiales de ais-lamiento clase IP. Las temperaturas que se generan dependen del nivel de cargadel motor, su variacin con el tiempo y las condiciones de enfriamiento. Losmotores deben tener unas dimensiones tales que, con una carga constante y unascondiciones de potencia y refrigeracin nominales, no excedan las temperaturamximas. Elpar necesario para acelerarla masa centrfuga aumenta el tiempo de acel-

eracin del motor. La intensidad de arranque que fluye en este momentocalienta el bobinado de forma dramtica.

La mximafrecuencia de conmutacin, es decir, el nmero de arranques con-

secutivos, es limitada. Cuando los procesos de arranque son frecuentes, elmotor alcanza el lmite de temperatura permitido, incluso sin el par de cargay sin una masa centrfuga adicional.

El ciclo de servicio es otro factor importante en la seleccin del motor. Eltiempo de enfriamiento en los intervalos de conmutacin debe ser suficientepara que el lmite de temperatura no se exceda con el siguiente arranque. Si elciclo de servicio es corto, el motor puede aceptar una carga mayor, dado queno puede calentarse hasta el lmite de temperatura durante ese corto periodode tiempo y se enfra de nuevo durante los intervalos.

Los motores subdimensionados pueden sobrecargarse trmicamente debido a

un tiempo de arranque demasiado largo, mientras que los motores sobredi-mensionados sobrecargaran la transmisin y la mquina accionada durante elproceso de arranque.


4.2


48/62


4.1.1 Datos de catlogo y parmetros de aplicacin

La mayora de los requisitos de aplicacin recurren al denominado "motor estn-

dar", que suele ser un motor de induccin. La siguiente informacin hace refer-encia a este tipo de motor, siempre que no se indique lo contrario. Los motoresde induccin pueden emplearse en una amplia gama de aplicaciones. A fin deseleccionar un motor apropiado que se ajuste a las especificaciones del fabri-cante, es necesario establecer una serie de requisitos mnimos relacionados con: el suministro elctrico las caractersticas elctricas y mecnicas del motor

las condiciones de funcionamiento

los costes de inversin, funcionamiento y mantenimiento

la vida til

las medidas de proteccin medioambientales y contra accidentesUna vez establecidos estos requisitos, es posible elegir un motor y unos disposi-tivos auxiliares apropiados.

Tabla 4.3.1 Factores de seleccin del tipo de motor y la potencia nominal

4.3

Factor de seleccin Caracterstica del motor

Par PotenciaMomento de inercia Tiempo de arranquePares de carga tpicos Par motor

Anlisis del diseo segn Optimizacin- el par de carga - par motor- el par acelerador - tiempo de arranque- el tiempo de aceleracin - capacidad de aceleracin- la frecuencia de inversin - calentamiento del motor

Modos de funcionamiento Calentamiento del motorCondiciones de arranque Caracterstica del parFrenado e inversin Calor de frenadoProcesos trmicos Capacidad


49/62

4.1.2 Determinacin del valor nominal unitario

El valor nominal unitario de un motor puede determinarse segn varios aspectos,

ya que cada requisito de aplicacin es diferente. En la informacin general de laTabla 4.3.1 se indican los principales factores de seleccin:

4.1.3 Datos de catlogo

El grado con el que un motor individual cumple los requisitos puede determi-narse comparando el motor con los datos de catlogo del fabricante. En la Tabla4.5.1 se indican los parmetros ms importantes que deben tenerse presentes,dependiendo de la aplicacin. Algunos de estos parmetros se han estandarizadoy otros son especficos del fabricante o pueden ser seleccionados por el cliente,normalmente eligiendo entre varias opciones. Por consiguiente, el ingeniero del

diseo suele tener cierta libertad de seleccin a la hora de definir los detalles deun motor. Muchos fabricantes ofrecen diseos modulares de motor.Normalmente, las especificaciones siguientes pueden definirse al comprar elmotor. diseo del rotory, por consiguiente, la caracterstica del par sistema de refrigeracin tipo de aislamiento de los bobinados estilo tipo de instalacin grado de proteccin y dispositivos protectores, adems de otros datos

4.1.4 Condiciones de funcionamiento

En lo que al diseo se refiere, las condiciones de funcionamiento y los parmet-ros de la carga accionada son tan importantes como los datos del motor.La Tabla 4.6.1 muestra los principales datos que deben tenerse en cuentarespecto al diseo. En los casos crticos, el motor accionador puede selec-cionarse para una tarea especfica con la ayuda del proveedor del motor.

4.1.5 Procedimiento para seleccionar motores

La mayora de los motores funcionan con un servicio continuo S1. El primer

punto que debe considerarse es la potencia de salida obtenida con el serviciocontinuo. Dado que la vida til de las mquinas elctricas depende en granmedida de la temperatura de funcionamiento continua, la seleccin debe efectu-arse con cuidado. El segundo punto que debe tenerse en cuenta es si el motor esapropiado para las condiciones de arranque en lo que a tiempo o par de arranquese refiere. En el caso de los motores con modos de funcionamiento complejos(S2 ... S9), las consideraciones son bsicamente las mismas, aunque suele sernecesario consultar con los proveedores debido a las condiciones variables de lacarga y a las temperaturas fluctuantes del bobinado.


4.4


50/62

Tabla 4.5.1 Datos de catlogo para motores

4.5


Datos a definir Observaciones

Requisitos elctricosTipo de corriente Tensin de funcionamiento, para losCorriente trifsica, motores multitensin indicar todoscorriente monofsica V valores y tolerancias posiblesFrecuencia Hz

Datos de catlogoDesignacin de tipo Especificaciones del fabricanteValor nominal Para motores con varias

velocidades, valor por velocidadVelocidad Para motores con varios polos,

velocidad por potencia de salidaIntensidad nominal A Especificaciones del fabricanteIntensidad nominal/ Especificaciones del fabricantearranque mnimaPar Nm Para aplicaciones especialesPar nominal/mnimo Especificaciones del fabricantePar nominal/desincronizacin Especificaciones del fabricantePar nominal/arranque Especificaciones del fabricantemximoMomento de inercia kgm2 Especificaciones del fabricanteRendimiento % Especificaciones del fabricanteTiempo de bloqueo mx. s Especificaciones del fabricanteTiempo de arranque mx. s Especificaciones del fabricanteTolerancias Establecidas por normas

Tipo de diseoConmutacin Para arranque estrella-tringulo,Tringulo, estrella especificar siempre tringuloTipo de rotorRotor de jaula, rotor bobinadoModelo IM.. IEC 34-7, Pieza 7Tipo de proteccin IP.. IEC 34-7, Pieza 7Tipo de enfriamientoEnfriamiento interno naturalEnfriamiento automtico exteriorEnfriamiento de circuito cerradoindependienteTipo de aislamientoB, F, H Indicar lmite temp., si es necesario

Amplitud de vibracin Normal o reducidaNivel de ruido dbNormas especiales Normas elctricas y mecnicasCaja de bornas Indicar tipo de proteccin

y diseo, si es necesarioExtremos axiales Indicar tipo de proteccin

y diseo, si es necesarioComponentes exteriores e Indicar interruptor o enchufe, si esinteriores necesarioFrenos, tacogeneradorCalentador de espacios,ventilacin independienteHerramientas medidoras Para rodamientos ode temperatura bobinados del estator- Proteccin del termistor- Interruptor bimetlico Contactos de conexin o corte- Resistores PTC


51/62

Tabla 4.6.1 Datos importantes para el diseo del motor


4.6

Datos para definirse Observaciones

Par antagonista Nm Convertir para eje de motor, si- constante es necesario- aumento cuadrtico- curva especial Hablar con fabricante, si es

necesario

Momento de inercia de kgm2 Convertir para mx. velocidad della carga motor

Tipo de arranque- estrella-tringulo Arranque de estrella-tringulo

intensificado, si es necesario- arranque a plena carga

- arranque sin carga- otros mtodos Arrancador suave o controladorde carga, si es necesario

Frenado elctrico Frenado de contramarcha odinmico

Modo de funcionamientoS1 Funcionamiento continuoS2 min Servicio temporalS3 % Tipo de servicio peridico

intermitente sin arranqueS4 %, c/h Servicio peridico intermitente

con arranqueS5 %, c/h Servicio peridico intermitente

con arranque y frenado elctricoS6 % Tipo de servicio de funcionamiento

contnuoS7 c/h Servicio de funcionamiento continuo

con arranque y frenado elctricoS8 %, c/h Servicio peridico de funcionamien

to continuo con cambios decarga/velocidad relacionados

S9 Servicio con variaciones de cargay velocidad no peridicas

Temperatura ambiente oCAltura metros sobre el nivel del mar

Sentido de rotacin a la dcha., a la izda. o ambosAjuste de velocidad mtodo y desde...a...

Influencias climticas Considerar tambin humedadrelativa

Carga de rodamiento y axialFuerza axial N Direccin de fuerza respecto a

posicin de ejeFuerza radial N Indicar distancia respecto al saliente

del ejeFuerzas rotativas N


52/62

4.2 Dimensionamiento con el par de carga

El par de carga ML se origina a partir del par antagonista de la mquina acciona-

da y el rendimiento con el que se registran todas las prdidas mecnicas.Segn las caractersticas de carga durante la aceleracin, el par de carga puede:

- aumentar gradualmente (por ejemplo, un ventilador)- alcanzar el valor nominal en el arranque (por ejemplo, elevadores)- estar presente slo despus de la aceleracin (por ejemplo, mquinas para

manipulacin de madera)- estar presente de forma constante o intermitente

Para un par de carga constante ML = const. y una velocidad nominal n, el clcu-

lo se realiza con la siguiente relacin:En un elevador, la potencia elevadora P con una velocidad v y una fuerza F

determinadas, y teniendo en cuenta el rendimiento , calculamos:

En cualquier momento durante la aceleracin, el par de carga ML debe ser infe-rior al par motor respectivo MM. Si ste no es el caso, no se produce ningunaaceleracin hacia velocidades ms altas.

4.7


P = potencia en W

Potencia P = M= par en Nm

n = velocidad/min = rendimiento

M n

9.55

P = potencia elevadora en W

Potencia P = F = fuerza elevadora en N

v = velocidad elevadora en m/s = eficacia

F v


53/62

4.3 Clculo con el par acelerador o el tiempo de aceleracin4.3.1 Par acelerador

Una carga slo puede acelerarse cuando el motor accionador proporciona un parmayor que el requerido por la carga en el momento. La diferencia se denomina

par aceleradorMB. El par acelerador y el momento de volante del motor, trans-misin y sistema que debe acelerarse dan como resultado el tiempo de acel-eracin tA. En muchos casos se llega a la simple suposicin de que el par decarga es constante durante la aceleracin. Esta suposicin se consigue calculandoun par de carga medio y sustituyendo el par motor variable por un par aceleradormedio constante determinado a partir de la caracterstica.

El par acelerador MB correspondiente a un tiempo de inicio tA determinado secalcula como sigue:

4.3.2 Tiempo de aceleracin

El tiempo de aceleracin tA puede determinarse con la relacin anterior, si seconoce el par acelerador medio MB. En la Figura 4.8.1 se muestra una formarelativamente sencilla de calcularlo. El par motor MM y el par de carga ML setrazan en papel grfico para que despus los pares medios puedan definirse grfi-camente, por ejemplo, contando los cuadros. El diagrama final mostrar el paracelerador medio M

B.

MM par motorML par de cargaMbmi par acelerador medionb velocidad de funcionamiento

Figura 4.8.1 Clculo del par acelerador medio equilibrando el rea en papel

grfico


4.8

Par acelerador

MB = Mm - ML = J' = J' = =

MM = par motor en Nm ML = par de carga en NmtA = tiempo de arranque en seg. = aceleracin angular/s2

n = velocidad del motor/min = velocidad angular/s

MB = par acelerador medio en NmJ' = momento de inercia en kgm2 reducido al eje del motor

t

J' n

9,55 tA

J' 2 n

60 tA


54/62


55/62

Al elegir un motor, sin olvidar la frecuencia de permutacin, el tiempo de acel-eracin tA debe ser inferior al tiempo mximo especificado por el fabricante.

Los motores sin carga y motores que slo tienen masas centrfugas adicionalespequeas, como los embragues, etc., alcanzan su velocidad en vaco con mucharapidez. Esto suele ser tambin el caso del arranque con carga. Los tiempos dearranque son muy largos slo cuando es necesario acelerar masas centrfugasgrandes. Esto se denomina arranque duro, que es el caso, por ejemplo, de lascentrifugadoras, molinos de bolas, calandrias, sistemas de transporte y venti-ladores grandes. A menudo estas aplicaciones requieren motores especiales y losmecanismos de conmutacin correspondientes. La Figura 4.10.1 muestra losvalores de referencia del tiempo de arranque de los motores estndar en funcinde la potencia de nominal.

Figura 4.10.1 Valores de referencia tpicos del tiempo de arranque de los

motores estndar en funcin de la potencia nominal

1 arranque sin carga (motor + embrague)2 arranque con carga (sin masas centrfugas grandes)

Si la curva del par de carga ML es compleja y el par motor MM no es constante,

conviene hacer el clculo por zonas individuales, como en la Figura 4.11.1.

Luego los tiempos de aceleracin de las zonas individuales y los pares aceler-

adores medios originados en el segmento se calculan y se suman para los seg-

mentos de velocidad individuales (por ejemplo, un aumento de velocidad del

20% por segmento).


4.10

0,2 0,4 1 2 4 10 20 40 100 200

Tiempodearranque(s)

Potencia de rgimen kW

10

4

2

1

0,4

0,2

0,1

0,04

0,02


56/62

4.4 Clculo con la frecuencia de conmutacin

El arranque frecuente de los motores se denomina modo de conmutacin y esnecesario comprobar la mxima frecuencia de conmutacin por hora. Los datosdel fabricante suelen mostrar la conmutacin sin carga permitida por hora, esdecir, el nmero de conmutaciones con el que el motor alcanza su temperaturamxima sin carga y sin un momento de volante adicional durante el fun-cionamiento en vaco. La frecuencia de conmutacin desempea un papelimportante en el modo de funcionamiento S4.La frecuencia de conmutacin permitida para un motor viene determinada porsu lmite de temperatura. Se calcula a partir del valor medio cuadrado de corri-ente de la caracterstica de ciclo. Este valor medio no puede exceder la corrientenominal de la mquina.

Figura 4.11.1 Par acelerador para calcular el tiempo de aceleracin cuando

el par motor MMy el par de carga ML no son constantes y

muestran un comportamiento muy distinto

4.11


Tiempo de aceleracin para pares no constantes

tA = tiempo de arranque en seg.tA = J' = momento de inercia en kgm2 reducido

al eje del motorn = diferencia de velocidad en rpmMB = par acelerador en Nm

J' n9,55 MB

rpm


57/62

Las conmutaciones excesivas que hacen que se activen los dispositivos protec-tores o que incluso llegan a destruir el motor suelen tener lugar durante la fase

de puesta en servicio, los ajustes y las interrupciones repetitivas.Una masa de inercia adicional produce con frecuencia una condicin de carga.En este caso, el nmero de conmutaciones zz permitidas por hora puede calcu-larse sobre la base del principio de la energa del modo de conmutacin:

Con un servicio conmutado y un momento de carga existente ML, el nmero deconmutaciones zL permitidas por hora se calcula como sigue:

En la prctica, normalmente hay un volante de carga Jz y un par de carga adi-cional ML, de manera que el nmero de conmutaciones zZul permitidas por hora

se calcula as:

zZul = zz = z0 y convertido:


4.12

Conmutaciones permitidas con masa adicional

zz = conmutaciones permitidas por hora con masa adi-

cional

zz = z0 = conmutaciones permitidas por hora sin carga

JM = momento de inercia de la masa del motor en kgm2

Jz = momento de inercia reducido de la masa adicionalen kgm2

z0 JM

JM + Jz

Conmutaciones permitidas con par de carga

zL =

zL = conmutaciones permitidas por hora con par de carga

z0 = conmutaciones permitidas por hora sin carga

MM = par motor medio durante la aceleracin en Nm

ML = par de carga medio durante la aceleracin en Nm

z0 (MM - ML)

MM

zL

z0

JM (MM - ML)

(JZ + JM) MM


58/62


Tabla 4.13.1 Tpica frecuencia de conmutacin z0por hora sin carga

4.5 Seleccin a partir de los datos de catlogo

Utilizando los valores medios de la potencia Pmi, par Mmi y corriente Imi calcu-lados para condiciones menos exigentes, es posible elegir un motor a partir dedatos de catlogo, los cuales no pueden ser inferiores a las medias calculadas:

Pmi Pn, Mmi Mn, Imi In

La mayora de las aplicaciones de motor pueden asignarse a los 9 tipos de servi-cio S1 - S9. En situaciones ms complejas, donde no es posible una seleccinclara, puede definirse un tipo de servicio similar y luego convertirse a S1. Sinembargo, este mtodo requiere unos conocimientos detallados sobre las con-stantes trmicas de tiempo y las condiciones de enfriamiento. El fabricante delmotor puede proporcionarle estos datos.

4.13

Conmutaciones permitidas con carga adicional y momento de volante

zL = z0

zL = conmutaciones permitidas por hora con momento de volante y parde carga

z0 = conmutaciones permitidas sin cargaMMmi = par motor medio durante la aceleracin en NmMLmi = par de carga medio durante la aceleracin en NmJz = momento de inercia reducido de la masa adicional en kgm

2

JM = momento de inercia de la masa del motor in kgm2

1 - MLmi / MMmi

1 + Jz/ JM


nominal Pn - kW

0,09...1,5 1500...4000 2500...8500 5500...8000 7000...11000

2,2...18,5 400...1000 800...4000 1500...5000 2000...10000

22 200 600 800 1200

30...55 50...150 200...400 300...600 500...900

75...160 30...40 90...130 170...260 270...400


59/62


4.14

5 Smbolos de las ecuaciones

Smbolo Significado Unidad Observacinf frecuencia s-1 frecuencia de lnea

FI factor de inercia

hproporcin de emisin de calorsin ventilacin/con ventilacin

I intensidad A corriente de lnea dealimentacin

Imi intensidad media (Ieff) A valor eficaz

In intensidad nominal A mx. corriente

continuaJ' momento de inercia

reducido al eje del motor kgm2

Jext momento de inercia de lacarga respecto al eje delmotor kgm2

JM momento de inercia del kgm2

motor

Jmot momento motor kgm2

JZ momento de inercia reducidode la masa adicional kgm2

Jzus momento de inerciaadicional kgm2

k0 proporcin de prdidasequivalentes con carga/sin carga

kg factor de par antagonista Nm

kL factor de carga Nm

M par Nm

MA par mnimo NmMB par acelerador Nm

MK par mx. Nm

ML par de carga Nm

MLmi par de carga medio Nmdurante la aceleracin

MM par motor Nm

MMmi par motor medio Nmdurante la aceleracin

Mmi par medio NmMn par nominal Nm

MS par de desincronizacin Nm

7/29/2019 Motores Trifasicos

Motores Trifasicos INTRODUCCION

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