Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2
1
Resumen—Este pre-informe describe las principales
características de un motor de inducción y las
características de las técnicas empleadas para el arranque
de un motor de inducción como lo son resistencia de
estator, autotransformador y estrella-delta.
Palabras claves— arranque, autotransformador,
estrella-delta, motor de inducción, y resistencia de estator..
I. OBJETIVO
Ealizar las tres diferentes formas de arranque de un
motor de inducción, en este caso resistencia estator,
auto transformador, y arranque estrella-delta .
II. ALCANCE
Este procedimiento aplica para realizar el arranque de un
motor de inducción empleando herramientas virtuales, en este
caso Sakshat virtual Labs.
III. TEORÍA
A. Circuito equivalente de un motor de inducción:
Un circuito equivalente, por fase, de un motor de inducción
se puede representar a través de un circuito equivalente del
transformador.
Figura 1. Modelo transformador de un motor de inducción.
[1]
B. Par máximo.
El par máximo que se puede encontrar en un motor de
inducción es:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =3𝑉𝑇𝐻
2
2𝑤𝑠𝑖𝑛𝑐(𝑅𝑇𝐻 +√𝑅𝑇𝐻2 + (𝑋𝑇𝐻 + 𝑋2)
2)
C. Resistencia en estator para el arranque
Este método consiste en conectar resistencia en serie
externas a cada devanado del estator durante el arranque, esto
se realiza para que exista un voltaje menor disponible para el
arranque del motor, esto relacionado directamente con la
corriente de arranque que tenderá a ser menor. A medida que
se presenta el arranque del motor, entonces se reducen las
resistencias poco a poco hasta que el motor llegue a valores
nominales de funcionamiento. Entonces lo que se tendrá es
debido a que la corriente disminuye la aceleración en un
principio es baja y el motor tenderá a acelerarse
progresivamente. Se tiene una característica especial y es que
debido a que el par es proporcional al cuadrado de la tensión,
este aumenta más rápido su par frente al caso estrella-
triangulo.
Aunque el método sirve para el arranque de los motores, tiene
inconvenientes según se necesite la aplicación, ya que el pico
de corriente si es alto tenderá a aumentarse la resistencia para
disminuirla, pero la caída de tensión será mayor por lo tanto el
par de arranque disminuirá bastante. La conexión realizada
para el arranque del motor con resistencias en estator se
muestra en la figura 2. [2]
Figura 2. Arranque motor con resistencias en estator. [2]
Pre-informe V7, V8 y V9: Resistencia de
estator de arranque, autotransformador de
arranque, arranque estrella-delta. Espitia Silva, Erick Santiago - [email protected] (223326)
Jorge Leonardo Guepud Bravo - [email protected] (223151)
Camilo Andrés Ibarra González [email protected] (221719)
Andrés Felipe Mendieta Álvarez - [email protected] (223319)
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
Laboratorio de conversión electromagnética – Grupo 2
R
Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2
2
La confirmación del método en el proceso de arranque se
muestra en la figura 3 donde se muestra la variación de la
corriente frente a la velocidad en dos casos, el primero es
cuando se arranca el motor conectado directamente a la red,
mientras en el segundo caso se observa la disminución de la
corriente cuando se conectan las resistencias en el estator y el
pico que se produce cuando se realiza la desconexión de las
ressitencias, llegando a valores nominales de funcionamiento.
De la misma forma se muestra en la figura 4 el
comportamiento del par frente a la velocidad en donde el caso
dos muestra la disminución del par cuando se conectan las
resistencias, y en la misma forma se presenta un pico cuando
se desconectan las resistencia de arranque por completo
llevando al motor a valores nominales. Es importante que se
observa que en ninguno de los dos casos el motor llega a
valores picos ni de corriente ni de par.
Figura 3. Corriente vs velocidad en el motor de inducción.
[2]
Figura 4. Par vs velocidad en el motor de inducción. [2]
D. Autotransformador de arranque:
El motor en este caso es alimentado a través de tensión
reducida por medio de un autotransformador, este tipo de
arranque se realiza en tres tiempos:
El autotransformador se acopla en estrella y el motor
es acoplado a la red a través de una parte de los
devanados del autotransformador. El arranque se
produce mediante una tensión reducida que depende
de la relación de transformación.
Para pasar al acoplamiento a plena tensión la estrella
se abre, la bobina que se utilizó queda conectado a la
red generándose una inductancia en serie al motor.
Esto siempre se realiza cuando se alcanza la
velocidad de equilibro, es decir al final de primer
paso.
El acoplar a plena tensión se realiza al finalizar el
paso 2. Los inductancias serie se cortocircuitan y el
autotransformador queda por fuera del circuito.
Este método tiene características importantes ya que como
la corriente nunca se interrumpe, se evitan fenómenos
transitorios. Este tipo de arranque se utiliza en motores con
potencia superior a 100kW. [2]
En la figura 5 se muestra la conexión que se realiza para el
arranque del autotransformador, donde se puede observar que
en un principio el motor está conectado a la red a través del
autotransformador, pero que esto puede cambiar al final del
arranque cuando finalmente el motor queda conectado a
directamente a la red.
Figura 5. Conexión del autotransformador al motor de
inducción.[ 2]
En la figura 6 se muestra la variación de la corriente vs la
velocidad, en donde se pueden observar claramente los tres
pasos del arranque del motor con el autotransformador, y
dicha variación de la corriente se presenta en tres etapas. El
primer pico se presenta cuando se abre la conexión estrella y
el ultimo pico cuando se realiza el acoplamiento directo.
La figura 7 en cambio muestra la variación del par frente a la
velocidad, donde tambien se presenta una variación muy
parecida al de la corriente, ya que va en aumento hasta el
punto en donde se presenta el acoplamiento directo a la red.
Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2
3
Figura 6. Corriente vs velocidad en el motor de inducción
(caso autotransformador). [ 2]
Figura 7. Par vs velocidad en el motor de inducción (caso
autotransformador). [2]
E. Arranque estrella-delta:
El método consiste en arrancar el motor acoplando los
devanados primero en estrella a la tensión de red, esto trae un
beneficio y es que equivale a dividir la tensión del motor en
√3 . Por consiguiente la punta de corriente se dividirá en 3, de
la misma forma se tendrá que el par de arranque se dividirá en
3 debido a su proporcionalidad con la tensión. Se tiene
entonces que la corriente pico en el arranque llega a 1.5 a 2.6
In y el par de arranque llega a 0.2 a 0.5 del par nominal. En
general lo que pasa es que la velocidad se estabiliza
normalmente a 75% y 85% de la velocidad nominal. Los
devanados se acoplan en triangulo y el motor trabaja
normalmente. El tiempo se control mediante un temporizador
que permite una correcta transición entre la conexión estrella
al delta. Por lo tanto existe una interrupción en la corriente, el
cierre del contactor triangulo se produce luego de 30 a 50
milisegundos tras apertura del contactor de la conexión
estrella. Debido a la interrupción de la corriente existen
fenómenos transitorios y pueden existir variaciones:[2]
Temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-
triangulo: Con este método se busca que la
corriente pico sea menor, por lo general se emplea
en máquinas de inercia suficiente para que la
maquina no se desacelere.
Arranque en tres tiempos: estrella-triangulo más
resistencia triangulo: La interrupción de corriente
persiste pero se emplea una resistencia por pocos
segundos en serie con los devanados acoplados en
triangulo, buscando siempre que la corriente
transitoria disminuye.
Arranque en estrella-triangulo más resistencia-
triangulo sin corte: Se pone una resistencia en
serie con los devanados antes de la apertura del
contactor estrella.
Las diferentes conexiones varían los componentes
necesarios. En la figura 8 se muestra la conexión que se hace
para poder llevar a cabo el arranque estrella-triangulo, esto
emplea contactores.
Figura 8. Conexión del motor de inducción para arranque
estrella-triangulo. [2]
En la figura 9 se muestra la variación de la corriente vs la
velocidad donde se observa que la corriente máxima llega a
ser tres veces la nominal en el peor caso, esto al compararse
con los otros casos tiene una tendencia a ser la menor
comprobándose que es una solución efectiva y de las menos
costosas.
Figura 9. Corriente vs velocidad en el motor de inducción
(caso estrella-triangulo). [2]
Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2
4
Figura 10. Par vs velocidad en el motor de inducción (caso
estrella-triangulo).[2]
IV. PROCEDIMIENTO RESISTENCIA DE ESTATOR
Durante el desarrollo de la práctica virtual se realizaran el
siguiente procedimiento:
Conecte CH1 del osciloscopio a L11.
Conecte CH2 y Ch3 con el eje del motor.
Escoja el botón de color rojo para el cable.
Conecte L11 a i3.
Conecte 01 a u1.
Elija el botón de color verde.
Conecte L21 a i2.
Conecte 02 a v1.
Elija el botón de color azul.
Conecte L31a i1.
Conecte 03 a W1.
Seleccione color negro.
Conecte el amperímetro entre u2 y v2.
Corto entre v2 y w2.
Seleccione el botón rojo.
Conectar 01 a uno de los terminales del voltímetro.
Seleccione el cable color verde.
Conecte 02 al otro terminal del voltímetro.
Haga clic en verificación.
Si es incorrecta, corrija.
Seleccione 1 en el interruptor de dos vías en el lado
izquierdo del panel.
Encienda el MCB y haga clic en el botón de inicio.
Encienda el segundo MCB.
Ahora disminuir la resistencia en la caja de la
resistencia variable, tenga en cuenta corriente y
tensión.
V. PROCEDIMIENTO AUTOTRANSFORMADOR
Durante el desarrollo de la práctica virtual se realizaran el
siguiente procedimiento:
Conecte CH1 del osciloscopio a L21.
Conecte CH2 y Ch3 con el eje del motor.
Escoja el botón de color rojo para el cable.
Conecte L21 a la terminal del amperímetro.
Conecte U1 al otro terminal del amperímetro.
Elija el botón de color verde, conecte L22 a V1.
Conecte w1 a uno de los terminales del
amperímetro.
Elija el botón de color azul y conecte L32 a W1.
Conecte W2 al otro terminal del voltímetro.
Seleccione color negro.
Conecte el u2 y v2.
Corto entre v2 y w2.
Haga clic en verificación.
Si es incorrecta, corrija.
Seleccione 1 en el interruptor de dos vías en el lado
izquierdo del panel.
Encienda el MCB y haga clic en el botón de inicio.
Encienda el segundo MCB.
Seleccione estrella o delta pulsando el interruptor
de tres vías en el arranque estrella-triangulo.
Tenga en cuenta las lecturas del amperímetro y
voltímetro
Seleccione CH1, CH2 y CH3 en el osciloscopio
para corriente instantánea, la velocidad y la lectura
del torque.
VI. PROCEDIMIENTO ESTRELLA-TRIANGULO
Durante el desarrollo de la práctica virtual se realizaran el
siguiente procedimiento:
Conecte CH1 del osciloscopio a L11.
Conecte CH2 y Ch3 con el eje del motor.
Escoja el botón de color rojo para el cable.
Conecte L11 a la terminal del amperímetro.
Conecte I1 al otro terminal del amperímetro.
Elija el botón de color verde, conecte L12 a L2.
Elija el botón de color azul y conecte L31 a L3.
Seleccione color negro.
Conecte el w1 a uno de los terminales del
voltímetro.
Conectar w2 al otro terminal del voltímetro.
Conecte u1 del arrancador estrella-triangulo para u1
de los terminales del motor.
Conecte v1 del arrancador estrella-triangulo para v1
de los terminales del motor.
Conecte w1 del arrancador estrella-triangulo a w1
de los terminales del motor.
Conecte u2 del arrancador estrella-triangulo de u2
de los terminales del motor.
Conecte v2 del arrancador estrella-triangulo para v2
de los terminales del motor.
Conecte w2 del arrancador estrella-triangulo para
w2 de los terminales del motor.
Haga clic en verificación.
Si es incorrecta, corrija.
Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2
5
Seleccione 1 en el interruptor de dos vías en el lado
izquierdo del panel.
Encienda el MCB y haga clic en el botón de inicio.
Encienda el segundo MCB.
Seleccione estrella o delta pulsando el interruptor
de tres vías en el arranque estrella-triangulo.
Tenga en cuenta las lecturas del amperímetro y
voltímetro
Seleccione CH1, CH2 y CH3 en el osciloscopio
para corriente instantánea, la velocidad y la lectura
del torque.
VII. ELEMENTOS A UTILIZAR
Para la práctica es necesario tener un computador portátil y
acceso a internet, para poder realizar los experimentos de
manera virtual. Además los elementos virtuales son los
siguientes:
MCB.
Amperímetros.
Voltímetros.
Cables.
Osciloscopio.
La interfaz gráfica es:
Figura 11. Interfaz gráfica del simulador para resistencia en
estator.[3]
Figura 12. Interfaz gráfica del simulador para
autotransformador.[3]
Figura 13. Interfaz gráfica del simulador para estrella-
delta.[3]
VIII. BIBLIOGRAFÍA
[1] S. J. Chapman, Máquinas eléctricas tercera edición,
Australia.
[2] E.T.S.I.I., Práctica de tecnologia eléctrica. Arranque de los
motores de inducción, tomado el 22 de nomviembre de
2014 de
http://www.die.eis.uva.es/~daniel/docencia/te/TEIQPractic
a9-2008.pdf
[3] Sakshat Virtual Labs.
Top Related