sistemas arrancadores de motores asincronos

8/10/2019 sistemas arrancadores de motores asincronos

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UNIDADIV

Arrancadores demotores asncronos


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Tecsup Virtu@l Control Elctrico de Motores

ndice

Unidad III: Arrancadores de motores asncronos

1. Introduccin ............................................................................................................12. Objetivos.................................................................................................................13. Generalidades y definiciones.....................................................................................1

3.1. Circuito principal .........................................................................................13.2. Circuito auxiliar ...........................................................................................14. Arrancadores de tensin plena..................................................................................2

4.1. Arranque directo .........................................................................................24.2. Arranque directo con dos sentidos de giro............ ........................................44.3. Conexin Dahlander, 1 sentido de giro, 2 velocidades ...................................64.4. Bobinados independientes, 1 sentido de giro, 2 velocidades...........................9

5. Arrancadores a tensin reducida .............................................................................115.1. Arranque estrella - tringulo ......................................................................115.2. Arranque estatrico con resistencias...........................................................155.3. Arranque estatrico con autotransformador ................................................18

6. Arrancador para motor de anillos rozantes...............................................................216.1. Arranque rotrico con resistencias..............................................................217. Resumen...............................................................................................................258. Glosario.................................................................................................................26


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UNIDAD IV

ARRANCADORES DE MOTORES ASNCRONOS

1. INTRODUCCIN

En esta unidad analizaremos los diferentes tipos de arranque de motores de induccin quese presentan tpicamente en las aplicaciones industriales.

Para esto, presentaremos los esquemas correspondientes a las circuitos principales (fuerza)y auxiliares (mando) para cada tipo de arranque, indicando las consideraciones dedimensionamiento de los dispositivos de proteccin y maniobra, as como una brevedescripcin del funcionamiento del arrancador.

2. OBJETIVOS

Al concluir la unidad el participante debe lograr los siguientes objetivos:

1. Identificar y diferenciar las caractersticas propias de cada tipo de arranque.2. Evaluar y seleccionar los dispositivos de baja tensin apropiados para un arrancador

determinado.3. Analizar y disear los sistemas de arranque o variaciones pudieran realizarse para los

motores asncronos.

3. GENERALIDADES Y DEFINICIONES

Los arrancadores son aparatos de maniobra con los cuales se lleva a los motores desde queestn en reposo hasta su velocidad de rgimen, mientras se mantienen dentro de lmitesprefijados los valores de la corriente de arranque y el torque del motor.

Veamos algunas definiciones importantes para esta unidad:

3.1. CIRCUITO PRINCIPAL

Circuito que contiene equipos elctricos para generar, transformar, distribuir,conectar/desconectar o consumir energa elctrica.

Para nuestro caso se refiere al circuito donde se encuentran los dispositivos demaniobra y proteccin de los motores.

3.2.

CIRCUITO AUXILIAR

Comprende todas las partes conductivas de una combinacin de aparatos demaniobra que pertenecen a un circuito (con excepcin del circuito principal) que se

utiliza para comando, medicin, avisos, regulacin, enclavamiento, procesamientode datos u otros.


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4. ARRANCADORES A TENSIN PLENA

4.1. ARRANQUE DIRECTO

Se denomina arranque directo, a la forma en que se le aplica la tensin a un motor

para su proceso de arranque, en este caso, se le aplica la tensin nominal a travsdel contactor y dispositivos de proteccin como los fusibles y rel trmico.

Esta forma de arranque tiene la ventaja que el motor desarrolla en el arranque sutorque mximo cuando la carga as lo requiera. El inconveniente es que toma unacorriente de arranque mxima en algunos casos hasta 10 veces, recomendable paramotores de baja potencia pudiendo llegar como mximo a 10 HP.

En lo posible los motores trifsicos asincrnicos con rotor de jaula de ardilla searrancan en forma directa.

Esquema de circuito principal

Fig. 4.1 Circuito principal: Arranque directo


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Dimensionamiento de los dispositivos de conexin

Dispositivo Corriente asignada de servicio IeF1F Ie(Corriente asignada) tipo amF2F Ie(Corriente asignada)K1M Ie(Corriente asignada) en AC3

Esquema de circuito auxiliar (mando)

Fig. 4.2 Circuito auxiliar: Arranque directo

Aparato de mandoS1Q Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente abierto)

S0Q Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)F2F : 01 1NCK1M : 11 1NA + 1NCF3F : I segn la potencia de la bobina


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Fig. 4.3 Circuito principal: Arranque con inversin de giro


Dispositivo Corriente asignada de servicio IeF1F Ie(Corriente asignada)

F2F Ie(Corriente asignada)K1B, K2B Ie(Corriente asignada)

Esquema del circuito auxiliar de mando

K1B: Contactor de red. Marcha a la derechaK2B: Contactor de red. Marcha a la izquierda

Fig. 4.4 Circuito de mando: Arranque con inversin de giro

Aparato de mandoS0Q Parada : 01 (1NC)S1B Marcha a la derecha : 11 (1NA + 1NC)S2B Marcha a la izquierda : 11 (1NA + 1NC)K1B : 11 (1NA + 1NC)K2B : 11 (1NA + 1NC)F3F : I segn la potencia de la bobina


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Funcionamiento

Al accionar el pulsador S1B se excita la bobina del contactor K1B. El contactorconecta al motor en marcha a la derecha y se autoenclava a travs de sucontacto auxiliar K1B/13-14. El contacto NA (Normalmente Abierto) K1M/21-22bloquea elctricamente la conexin de K2B.

El accionamiento del pulsador S2B conecta K2B (motor marcha a la izquierda).Para la conmutacin del sentido de giro, ha de accionarse previamente,dependiendo de la aplicacin, el pulsador de parada S0Q o directamente elpulsador para el sentido opuesto de marcha.

En caso de sobrecarga, se activa el contacto de apertura 95-96 en el rel trmicoF2F.

AplicacionesFrenado a contramarchas de motores asncronos.Montacargas.Puertas corredizas.Ascensores, etc.

4.3. CONEXIN DAHLANDER, 1 SENTIDO DE GIRO, 2 VELOCIDADES

Esta clase de motor slo permite la obtencin de dos velocidades (4 y 8 polos, 6 y12 polos, etc.); contiene 6 bornes.

En funcin de sus caractersticas, los motores pueden ser de potencia constante, parconstante o de par y potencia variables.

Para una de las velocidades, la red est conectada a los tres bornescorrespondientes, para la segunda stas unidas entre ellas y la red conectada conlos otro tres bornes.

A menudo el arranque se efecta directamente tanto en gran velocidad como enpequea velocidad.


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Esquema del circuito principal

Fig. 4.5 Circuito principal: Conexin Dahlander, 1 sentido de giro, 2 velocidades


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Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M Ie1(Corriente asignada a velocidad lenta)K3M Ie2(Corriente asignadal a velocidad alta)

K2M 0,5 Ie2F1F In1F2F In2F3F 0,8......1,2 In1F4F 0,8......1,2 In2

Esquema del circuito de mando

K1M: Contactor de red. Velocidad de giro bajaK2M: Contactor en estrellaK3M: Contactor de red. Velocidad de giro alta

Fig. 4.6 Circuito de mando: Conexin Dahlander,1 sentido de giro, 2 velocidades

Aparato de mandoS0Q : 01 (1NC)S1Q : 11 (1NA + 1NC)S2Q : 11 (1NA + 1NC)K1M : 11 (1NA + 1NC)K2M : 22 (1NA + 1NC)K3M : 11 (1NA + 1NC)

F3F : 01 (1NC)F4F : 01 (1NC)F5F : I segn la potencia de la bobina K2M y K3M


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FuncionamientoEl pulsador S1Q acciona el contactor de red K1M (velocidad lenta), el cual seenclava a travs de su contacto 13-14.

El pulsador S2Q acciona el contactor K2M, y mediante su contacto NA 43-44, alcontactor de red K3M, stos se enclavan a travs de K2M/13-14.

Para conmutar de una velocidad a otra, ser necesario accionar el pulsador S0Qde parada.

La desconexin se realiza con S0Q.

AplicacionesMquinas herramienta, maquinaria de la industria textil.Compresores.Cintas transportadoras.Prensas de imprimir.Mquinas de lavar.Bombas de mbolo, etc.

4.4. BOBINADOS INDEPENDIENTES, 1 SENTIDO DE GIRO, 2 VELOCIDADES

Este tipo de motor contiene dos arrollamientos estatricos elctricamenteindependientes, que permite obtener dos velocidades en una relacin cualquiera.Los devanados pequea velocidad deben soportar los esfuerzos mecnicos yelctricos que resultan del funcionamiento del motor en gran velocidad. A veces,tal motor funcionando en pequea velocidad absorbe una intensidad mayor que en

gran velocidad.L1 L2 L3

Una velocidad

Otra velocidad

L1 L2 L3


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Fig. 4.7 Circuito principal: Bobinados independientes, 1 sentido de giro, 2 velocidades

Dimensionamiento de los dispositivos de proteccin y conexin

Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M Ie1(Corriente asignada a velocidad lenta) en AC3K2M Ie2(Corriente asignada a velocidad alta) en AC3F1F In1F2F In2F3F 0,8..........1,2 In1F4F 0,8..........1,2 In2

Tambin en este tipo de arranque para conmutar de una velocidad a otrapuede o no ser necesario parar el motor.


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Fig. 4.8 Circuito de mando: Bobinados independientes,1 sentido de giro, 2 velocidades

5. ARRANCADORES A TENSIN REDUCIDA

5.1. ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO

Este arranque slo puede ser aplicado a los motores donde los dos extremos de lostres devanados del estator tengan salidas sobre la placa de bornes y donde elacoplamiento en tringulo corresponda a la tensin de la red (ejemplo: para red380V, es preciso un motor 380V/660V).

Este procedimiento consiste en arrancar el motor conectando sus devanados enestrella. Estos se encuentran alimentados con una tensin igual a la tensin de lared dividida por 3 o sea un 58% de la tensin nominal.

El par se reduce con relacin al cuadrado de la tensin de alimentacin y es igual aun tercio del par proporcionado por un motor de arranque directo. La corriente en lalnea se reduce en la misma proporcin.


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En el segundo tiempo, se suprime el acoplamiento en estrella y se acoplan losdevanados en tringulo. Cada devanado est alimentado con la tensin de la red; elmotor recupera sus caractersticas naturales.

El par motor es pequeo durante todo el acoplamiento estrella y la velocidadestabilizada al final de este tiempo, puede ser muy baja si el par resistente es

elevado.Aparecen entonces puntas importantes de corriente y de par al pasar de estrella atringulo. A partir de cierta potencia es aconsejable, bien renunciar al acoplamientoestrella tringulo o bien utilizar una variante que permita limitar los fenmenostransitorios.


Fig. 4.9 Circuito principal: Arranque estrella-tringulo


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Dimensionamiento de los dispositivos de conexin y proteccin

Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M, K3M 0,58 Ieen AC3K2M 0,33 Ieen AC3

F1F InF2F (0,8..........1,2 In)/ 3

La In es la que nos da el fabricante para la tensin ms baja de la placa decaractersticas. Por ej., motor 10 HP, 220/380V, intensidad a 220V: 25,7 A,intensidad a 380V: 14,9 A. Debemos considerar para el dimensionado el valor dela In = 25,7 A, ya que es en la conexin tringulo cuando este motor desarrollasu potencia nominal.


Fig. 4.10 Circuito de mando: Arranque estrella-tringulo


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Aparato de mandoS0A Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)S1A Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente cerrado)K1M : 22 (2NA + 2NC)K2M : 11 (1NA + 1NC)

K3M : 11 (1NA + 1NC)K4T : 11 (1NA + 1NC)F2F : 01 (1NC)F3F : I segn la potencia de la bobina K1M + K3M

Funcionamiento- El pulsador S1A acciona el temporizador K4T y el contactor estrella K2M.- K2M se excita y aplica tensin al contactor de red K1M a travs de su

contacto auxiliar K2M/13-14.- K1M se enclava a travs de sus contactos auxiliares K1M/13-14 y 43-44.

- K1M conecta al motor M1 en estrella.- Despus de transcurrido el tiempo ajustado en K4T, se abre el circuito de

K2M.- A los 50 ms se cierra el circuito K3M. El contactor K2M se desexcita.

- K3M se excita y conecta al motor M1 a la tensin plena de la red.- Simultneamente, el contacto NC K3M/21-22 secciona el circuito K2M,

evitando la reconexin en estrella.- Solamente ser posible un nuevo arranque si se ha producido la

desconexin: con el pulsador S0A o por sobrecarga, a travs del contacto NCdel rel trmico F2F/95-96.

AplicacionesMquinas arrancando en vaco.

Ventiladores y bombas centrfugas de pequea potencia.

El rel temporizador K4T es especial pues tiene la pausa de

conmutacin de 50 ms con el fin de evitar un cortocircuito entre los

contactores estrella K2M y tringulo K3M. Tcnicamente K4T recibe el

nombre de rel temporizador con funcin estrella-tringulo.

50 ms


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5.2. ARRANQUE ESTATRICO CON RESISTENCIAS

El objetivo de intercalar resistencias de uno o varios escalones es reducir la corrientetransitoria y el torque durante el arranque.

En el caso de arrancadores con un escaln, la corriente transitoria puede ser hastatres veces la intensidad asignada del motor. En los arrancadores de variosescalones, las resistencias pueden disearse para obtener corrientes transitorias quesean solo de 1,5 a 2 veces la corriente asignada; sin embargo el torque serbastante reducido.

Veamos la figura siguiente que grafica lo explicado anteriormente:

Fig. 4.11 Curvas torque/corriente vs velocidad para arranqueestatrico con resistencias

I CorrienteMd Torquen Velocidad(1) Reduccin de la corriente(2) Reduccin del torque


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Fig. 4.12 Circuito principal: Arranque estatrico con resistencias


Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M Ieen AC3K2A InF1F InF2F 0,8...........1,2 In


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Fig. 4.13 Circuito de mando: Arranque estatrico con resistencias

Aparato de mandoS0Q Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)S1Q Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente abierto)K1M : 20 2NA

K2A : 11 (1NA + 1NC)K3T : 11 (1NA + 1NC)F2F : 01 1NCF3F : I segn la potencia de la bobina K1M + K2A

Funcionamiento- El pulsador S1Q acciona al contactor K1M y al temporizador K3T.

- El motor se encuentra conectado a la red con resistencia: R1A.- De acuerdo al ajuste de tiempo, el contacto NA K3T/17-18 excita la bobina

del contactor K2A.- K2A puentea el escaln de arranque R1A y el motor gira con la velocidad

asignada.- La parada se efecta mediante el pulsador S0Q, y en caso de sobrecarga con

el contacto NC/95-96 del rel trmico F2F.


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AplicacionesMquinas de fuerte inercia:Compresores de refrigeracin.Maquinaria para la madera.Mquinas tensoras.

Ascensores.Escaleras automticas, etc.

5.3. ARRANQUE ESTATRICO CON AUTOTRANSFORMADOR

Este tipo de arranque se usa cuando se desea reducir la corriente transitoria dearranque y de rgimen procedente de la red a niveles ms bajos que el arranquecon resistencias estatricas pero con el mismo par de arranque.

Al motor se le alimenta a travs de un autotransformador, con una tensin reducidade aproximadamente 70% de la tensin asignada de empleo. De este modo lacorriente se reduce a la mitad de la intensidad de arranque transitoria en laconexin directa.

Fig. 4.14 Curvas torque/corriente vs velocidadpara arranque estatrico con autotransformador

I CorrienteMd Torquen Velocidad(1) Reduccin de la corriente(2) Reduccin del torque

Qu modificaciones habra que hacer enlos circuitos anteriores (Fig. 3.13 y Fig.3.14) para tener un arranque con un dosescalones?


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Fig. 4.15 Circuito principal: Arranque estatrico con autotransformador


Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M Ieen AC3K2A InF1F InF2F 0,8...........1,2 In


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Fig. 4.16 Circuito de mando: Arranque estatrico con autotransformador

FuncionamientoLas figuras 4.15 y 4.16 nos muestran los circuitos para este arranque. Acontinuacin describimos su modo de operacin:- Al accionar el pulsador S1Q se conectan el temporizador K4T y la bobina del

contactor K1A, que nos conecta el primario del autotransformador a la red yel secundario, a travs del contactor K3A, lo conecta al motor, con lo queeste arranca a tensin reducida.

- Transcurrido el tiempo de temporizacin de K4T, este desconecta K1A y

conecta K2M. Adems K2M desconecta K3A y el motor funciona en rgimen

normal de plena marcha.Slo ser posible un nuevo arranque si se acciona el pulsador S1Q o disparan losdispositivos de proteccin F2F.

Aparato de mandoS0Q Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)S1Q Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente abierto)K1A : 21 (2NA + 1NC)K2M : 22 (2NA, uno de ellos prolongado + 2NC, uno de ellos

prolongado)K3A : 21 (2NA + 1NC)

K4T : 11 (1NC + 1NA)F2F : 01 (1NC)F3F : I segn la potencia de la bobina K2M + K4T


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AplicacionesMquinas de fuerte potencia o de fuerte inercia en los casos donde la reduccinde la punta de intensidad es un criterio importante.

6. ARRANCADOR PARA MOTOR DE ANILLOS ROZANTES

6.1. ARRANQUE ROTRICO CON RESISTENCIAS

Este tipo de arranque consiste en instalar resistencias en el circuito del rotor delmotor.

A diferencia de los arrancadores estatricos, el torque de arranque es proporcional ala corriente tomada de la red. El nmero de escalones o pasos del arrancador estdeterminado por la corriente de arranque transitoria mxima admisible y por lascaractersticas del motor.

Fig. 4.17 Curvas torque/corriente vs. velocidad para arranque rotrico con resistencias

I CorrienteMd Torquen Velocidad(1) Reduccin de la corriente

(2) Reduccin del torque

Veamos a continuacinel arranque para unmotor de anillorozantes


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Fig. 4.18 Circuito principal: Arranque rotrico con resistencias

Parmetros del motor durante el arranque para este ejemplo

Parmetro ValorTensin UeCorriente 0,5 a 2,5 IeTorque 0,5 hasta torque de inversin


Dispositivo Corriente asignada de servicio IeK1M Ieen AC2K11A, K12A, K13A 0,58 Irotor

F1F 0,8.......1,2InF2F In


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Fig. 4.19 Circuito de mando: Arranque rotrico con resistencias

Funcionamiento- El pulsador S1Q acciona el contactor K1M y el motor empieza a funcionar con

todos los grupos de resistencias conectadas con el rotor. El contactor K1Mcierra el contacto de retroalimentacin 13-14 y ste conecta el reltemporizado K1T.

- Transcurrido el tiempo, K1T/17-18 conduce la tensin a K11A. El contactorescalonado K11A desconecta el escaln de arranque R1A y a travs deK11M/13-14 lanza el temporizador K2T.

- La secuencia anterior se repite K12A, K2T, K13A y K3T.

- El contactor de escaln final se enclava a travs de K13A/13-14,desconectando a travs de K13A los contactores escalonados K11A y K12A,adems de los temporizadores K1T, K2T y K3T. El contactor de escaln finalK13A cortocircuita los anillos rozantes del rotor; el motor gira con velocidadasignada.

- Al igual que en la mayora de los casos anteriores, la desconexin se efecta

mediante el accionamiento del pulsador de parada S0Q o por la accin de eldispositivo de proteccin F2F.

Aparato de mando

S0Q Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)S1Q Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente abierto)


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K1M : 11 (1NA + 1NC)K11A : 22 (2NA + 2NC)K12A : 22 (2NA + 2NC)K13A : 22 (2NA + 2NC)

K1T : 11 (1NA + 1NC)K2T : 11 (1NA + 1NC)K3T : 11 (1NA + 1NC)F2F : 01 (1NC)F3F : I segn la potencia de la bobina K1M + K13A +K3T

AplicacionesMquinas de arranque en carga, de arranque progresivo.Gras.Puentes gra.Ascensores.Montacargas.Maquinaria para imprimir papel.Compresores de pistn.Bombas volumtricas.Cizallas.Maquinas trituradoras, etc.

Estamos a la mitad delcurso Falta an


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7. RESUMEN

RESUMEN DE CARACTERSTICAS DE LOS DISTINTOS MTODOS DEARRANQUE

Motores de jaula Motoresde anillos

Arranquedirecto

Arranqueestrella

tringulo

Arranquepor

resistenciasestatricas

Arranquecon auto-

transformador

Arranquerotrico

Corrienteinicial dearranque

4 a 8 In 1,3 a 2,6 In 4,5 In 1,7 a 4 In < 2,5 In

Par inicialde

arranque0,6 a 1,5 Cn 0,2 a 0,5 Cn 0,6 a 0,85 Cn 0,4 a 0,85 Cn < 2,5 Cn

Ventajas * Arrancadorsimple* Par dearranqueimportante

*Arrancadorrelativamentebarato

* Posibilidadregulacin delos valores dearranque.* No hay cortede alimenta-cin duranteel arranque.

* Buenarelacin par-intensidad.* Posibilidadregulacin delos valores dearranque.* No hay cortede alimenta-cin duranteel arranque.

* Muy Buenarelacin par-intensidad.* Posibilidadregulacin delos valores dearranque.* No hay cortede alimenta-cin duranteel arranque.

Desventajas * Punta de

intensidadmuyimportante.* Asegurarseque la redadmite estapunta.* No permitearranquelento yprogresivo.

* Pequeo en

el arranque.* No hayposibilidad deregulacin.* Corte de laalimentacinen el cambiodeacoplamientoy fenmenostransitorios.

* Motorbobinado entringulo paraUn.

* Pequea

reduccin dela punta dearranque.* Necesitaresistencias.

* Necesita un

auto-transformadorcostoso.

* Motor de

anillos mscostoso.* Necesitaresistencias.

Duracinmedia delarranque

2 a 3 s 3 a 7 s 7 a 12 s 7 a 12 s3 tiempos:

2,5s4 y 5 tiempos:

5s

Tabla 3.1 Resumen de caractersticas de los distintos mtodos de arranque


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8. GLOSARIO

Aparato Conjunto organizado de piezas que cumple una funcindeterminada dentro de un circuito elctrico.

Aparato de mando Aparatos operados en forma manual que, incluidos en los

circuitos auxiliares, permiten comandar los aparatos demaniobra dispuestos en el circuito principal.

Arrancador Combinacin de todos los aparatos requeridos para elarranque y la parada de un motor elctrico en relacin conuna proteccin contra sobrecarga apropiada.

Corriente Asignada Corriente para la cual son diseados los aparatos demaniobra.

Dispositivo deenclavamiento

Dispositivo que hace que la operacin de un aparato demaniobras depende de la posicin o el efecto de uno o mscomponentes de una instalacin.

Tiempo de arranque Tiempo que se extiende desde la conexin hasta que el motoralcanza la velocidad de rgimen.

Autotransformador dearranque

Se utiliza para implementar un arranque suave de motor conjaula de ardilla. El autotransformador con una relacinadecuada reduce la tensin en bornes del motor durante elarranque.

Contacto Estado en el que dos partes conductoras destinadas a esta

funcin, se unen con determinada fuerza y permiten el pasode una corriente elctrica.

Contacto auxiliar Contacto dispuesto en un circuito auxiliar. Segn su funcinde operacin puede ser Normalmente Cerrado (NC),Normalmente Abierto (NA), Inversor (I) o de paso.

Rel temporizador Aparato de maniobra con retardo de tiempo electrnico oelectromecnico que, una vez que transcurri un tiempoajustado, cierra y/o abre sus contactos.

Tensin de servicio Tensin o voltaje verificado in situ entre los conductoresque alimentan un aparato o instalacin elctrica.

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