003 Arranque de Motores Trifasicos (1)

1AUTOMATISMOS INDUSTRIALES

Introduccin (I)

Tema 1Arranque de motores trifsicos

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2Introduccin (II)

En el motor de jaula de ardilla, el giro motor se produce por la interaccin entre el campo magntico del estator (giratorio) y el inducido en los bobinados de rotor (espiras en cortocircuito).

Se conocen como motores asncronos, ya que la velocidad de sincronismo no se alcanza nunca.

f: frecuencia de red p: n de pares de polos

.m.p.rpf.60ns =

J. TempradoTema 4, Arranque de motores

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Par motor, resistente y motriz

El par resistente aumenta con la velocidad.

Cuando se igualan Mr y Mm la velocidad se mantiene constante. Si Mr > Mm decelera Si Mr < Mm acelera

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3J. TempradoTema 4, Arranque de motores

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Par/velocidad de un motor trifsico

3 Par de arranque2 Par de enganche1 Par mximoN Par nominal

Para el que se disea el motor

O Par en vaco Vence la resistencia del propio

motor Potencia til nula

nn Velocidad nominalno Velocidad de vacons Velocidad de sincronismo


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Intensidad/velocidad

La intensidad del motor es una caracterstica del mismo.

Se mide como la I de lnea, independientemente de la conexin interna del motor. Ej: 220/380V 52/30A

Mm Par motorMr Par resistente

Ia Intensidad de arranqueIn Intensidad nominal

Ma Par de arranqueMn Par nominal

nn Velocidad nominal


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Otros parmetros del motor Deslizamiento

ns: velocidad de sincronismo n: velocidad del motor

Deslizamiento relativo

Potencia til y rendimiento de un motor

En vaco la potencia til es nula

Se define la potencia nominal Pn como la Pu a la velocidad nominal, consumiendo por tanto In.

El rendimiento de un motor (como caracterstica) se define para su velocidad nominal.

en cualquier otro caso

nnS s =

100xnnnS

s

sr

=

= cos.I.U.3P LLabsorbida

0)n(P oU =

nnU P)n(P =

absorbida

n

PP=

absorbida

U

PP=


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Reglamento electrotcnico de baja tensin

La instruccin MI BT 034 del REBT marca la mxima intensidad que un motor de C.A. Puede absorber en el arranque. Motores entre 075 y 15 Kw hasta 45 In Motores entre 15 y 5 Kw hasta 3 In Motores entre 5 y 15 Kw hasta 2 In Motores de ms de 15 Kw hasta 15 In

Las compaas elctricas pueden prescindir de estos lmites siempre que no se perturbe la lnea.

El mtodo de arranque de un motor depender por tanto de: La Ia/In Las caractersticas de la red (sobredimensionado, transformadores,

etc). La reglamentacin de las compaas


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Arranque directo Se realiza en un solo tiempo El estator se acopla directamente al red La corriente inicial es de 4 a 8 veces la nominal. Se considera para

clculos Ia=6.In Solo se utiliza con motores de pequea y mediana potencia y si la red

lo permite. El par de arranque Ma 15 Mn El par mximo se alcanza aproximadamente al 80 % de la velocidad

nominal. No se recomienda en montacargas ni en cintas transportadoras por el

par de arranque. El motor solo necesita tres bornes U V W. La conexin interna

depender de la tensin de la lnea. Para el giro a derechas se conectan:

L1 - U L2 - V L3 - W

Para el cambio de giro, se intercambian dos.


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Arranque directo

LeyendaQS1: Seccionador fusibleS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador de marchaFR1: Rel trmicoK1M: Contactor principalM1: Motor trifsico


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Arranque directo con inversin de giroCircuito de potencia

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor giro a dcha.K2M: Contactor giro a izq.M1: Motor trifsico

L1-U1K1M L2-V1(Derecha) L3-W1

L1-W1K2M L2-V1(Izquierda) L3-U1


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Arranque directo con inversin de giroCircuito de mando

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3B: Pulsador marcha a dcha.S4B: Pulsador marcha a izq.K1M: Contactor de giro dcha.K2M: Contactor de giro izq.


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Tipos de arranque a tensin reducida Estrella tringulo

El motor se arranca en dos fases reduciendo la tensin de los bobinados La corriente de arranque se reduce a 2 veces In

Estrella Tringulo/Resistencias Tringulo Aade al arranque estrella-tringulo un paso intermedio haciendo una conexin en

tringulo, con una resistencia en serie con los bobinados de cada fase. Mediante autotransformador

El motor arranca en dos o ms etapas o de manera continua a travs de un autotransformador.

Mediante resistencias estatricas Similar al arranque con autotransformador, el motor se conecta en dos o ms etapas

conectando una resistencia en serie con cada bobinado del esttor. Mediante resistencias rotricas

Requiere un motor de rotor bobinado (ms caro) Intercalando resistencias con el rotor, se puede desplazar el par mximo a velocidades

bajas. Arrancadores estticos (electrnicos)

La tensin aplicada al motor se controla variando el ngulo de disparo de unos SCR conectados en serie con cada bobinado del estator


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Efecto del arranque a tensin reducida


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Arranque Estrella tringulo

Es necesario disponer de un motor con los 6 bornes (2 por bobina)

El motor arranca en estrella La tensin de los bobinados se reduce en al 57% El par se reduce al 33% La corriente de arranque se reduce a 2 veces In

Al alcanzar la mxima velocidad, el motor se desconecta momentneamente y a continuacin se conecta en tringulo para alcanzar la velocidad de rgimen Durante la desconexin de puede producir una pequea prdida de

par y un pico de corriente

Es el arranque ms utilizado por su sencillez, precio y prestaciones.


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Variacin M/n e I/n en el arranque -U


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Arranque estrella-tringuloCircuito de potencia

L1-U1K1M L2-V1(Comn) L3-W1

K2M U2-V2-W2(Estrella)

L1-W2K3M L2-U2(Tringulo) L3-V2

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conex. estrellaK3M: Contactor conex. tringuloM1: Motor trifsico


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Arranque estrella-tringuloCircuito de mando

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador de marchaK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conex. estrellaK3M: Contactor conex. tringuloK4T: Rel temporizado

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Arranque estrella-tringulo con inversin de giro Circuito de potencia (versin simplificada)

L1-U1K1M L2-V1(Derecha) L3-W1

L1-W1K2M L2-V1(Izquierda) L3-U1


U1-W2K4M V1-U2(Tringulo) W1-V2

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lnea dcha.K2M: Contactor de lnea izq.K3M: Contactor conexin estrellaK4M: Contactor conexin tringuloM1: Motor trifsico


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Arranque estrella-tringulo con inversin de giro Circuito de mando

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3B: Pulsador marcha a dcha.S4B: Pulsador marcha a izq.K1M: Contactor de lnea dcha.K2M: Contactor de lnea izq.K3M: Contactor conex. estrellaK4M: Contactor conex. tringuloK5T: Rel temporizado

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Arranque Estrella Tringulo/Resistencias Tringulo

Similar al arranque estrella-tringulo, aade un paso intermedio haciendo una conexin en tringulo, con una resistencia en serie con el bobinado de cada fase.

Minimiza los transitorios en el paso de estrella a tringulo Se pueden realizar diversas variantes dependiendo del circuito

de mando Con y sin corte de alimentacin entre pasos Con y sin temporizacin entre R y


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Arranque estrella-R/tringulo-tringuloCircuito de potencia

L1-U1K1M L2-V1(Lnea) L3-W1


L1-R1K3M L2-R2(Resistenc.) L3-R3

L1-W2K4M L2-U2(Tringulo) L3-V2

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conexin estrellaK3M: Contactor resistenciasK4M: Contactor conexin tringuloM1: Motor trifsico

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Arranque estrella-R/tringulo-tringuloCircuito de mando

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor de lneaK2M: Contactor conexin estrellaK3M: Contactor resistenciasK4M: Contactor conexin tringuloK5T: Rel temporizado


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Arranque mediante resistencias estatricas

Colocando resistencias en serie con el estator, se puede elegir la tensin de arranque y por tanto la intensidad de arranque.

El motor arranca en dos o ms etapas, conectando una resistencia en serie con cada bobina del esttor. El valor de la resistencia se reduce en cada etapa Cada etapa necesita un contactor enclavado y una temporizacin

Ventajas Arranque configurable. Se puede elegir la Ia Arranque suave. La velocidad aumenta a tramos La alimentacin es continua. No hay cortes

Inconvenientes Es caro

Un mtodo econmico es utilizar resistencias lquidas (cubos de carbonato de sodio)

El par de arranque es pequeo Es un mtodo ineficaz y con gran prdida calrica

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A. mediante resistencias estatricas (I)


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A. mediante resistencias estatricas (II)

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Arranque con resistencias estatricasCircuito de potencia para 2 etapas

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor de arranque (1 etapa)K2M: Contactor de rgimen (2 etapa)R: Grupo de resistencias de arranque

M1: Motor trifsico


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Arranque con resistencias estatricasCircuito de mando para 2 etapas

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor de arranque (1 etapa)K2M: Contactor de rgimen (2 etapa)K3T: Contactor temporizado

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Arranque mediante autotransformador

Se intercala un autotransformador en la lnea. Variando la relacin de transformacin podemos elegir la corriente o el par de arranque necesario

El motor arranca en dos o ms etapas, incluso de manera continua, utilizando un autotransformador variable

Cada etapa necesita un contactor enclavado y una temporizacin

Ventajas Arranque suave y configurable La alimentacin puede ser continua o no El par de arranque no queda muy penalizado

Inconvenientes Es caro. El autotransformador se fabrica bajo pedido


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Arranque mediante autransformadorCircuito de potencia para 2 etapas

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor estrella TRF (1 etapa)K2M: Contactor de arranque (1 etapa)K3M: Contactor de rgimen (2 etapa)T1: Autotransformador trifsico

M1: Motor trifsico

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Arranque mediante autransformadorCircuito de mando para 2 etapas. Conmutacin cerrada

LeyendaFR1: Rel trmicoS2Q: Pulsador de paroS3Q: Pulsador marchaK1M: Contactor estrella TRF (1 etapa)K2M: Contactor de arranque (1 etapa)K3M: Contactor de rgimen (2 etapa)K4T: Contactor temporizado


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Arranque mediante resistencias rotricas

En el motor de jaula de ardilla, el par mximo se alcanza aproximadamente al 80% de la velocidad nominal (nn)

En un motor de rotor bobinado se puede desplazar el par mximo a velocidades bajas, intercalando resistencias en serie con el rotor.

Utilizando varios grupos de resistencias, se puede conseguir un arranque suave con un par elevado durante todo el periodo de arranque.

La intensidad, y por tanto el consumo, se mantiene moderada durante el periodo de arranque.

El motor de rotor bobinado es ms caro. Se utiliza cuando hace falta arrancar suavemente con una carga elevada.

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Motor de anillos rozantes


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Arranque mediante resistencias rotricas

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Arranque mediante resistencias rotricasCircuito de potencia para 3 etapas

LeyendaQS1: Seccionador fusibleFR1: Rel trmicoK1M: Contactor estatorK2M: Contactor 2 etapaK3M: Contactor 3 etapa (rgimen)R1: Grupo resistencias 1 etapaR2: Grupo resistencias 2 etapaM1: Motor trifsico


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Arrancadores estticos (electrnicos)

Son dispositivos semiconductores que se intercalan entre la red y el motor.

Utiliza pares de SCR (tiristores) montados en antiparalelo en serie con cada una de las fases del motor.

La tensin aplicada al motor se controla variando el ngulo de disparo de los SCR (control de fase).

Durante el arranque el motor se alimenta con una tensin reducida no senoidal. Se mantiene constante la intensidad en 2 3 veces la nominal Se mantiene el par un poco por encima del par resitente

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Principios del control de fase


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Arrancador esttico por control de fase

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Arranque por rampa de tensin (I)

El arranque por rampa de tensin es un mtodo de arranque que aplica al motor un incremento de tensin constante.

En el ejemplo, la tensin de salida del arrancador vara de 0 a 100% en cuatro segundos. Existe un retraso entre el inicio

de la rampa de arranque y el giro del motor.

El tiempo de la rampa es ajustable por el usuario.


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Arranque por rampa de tensin (II)

Normalmente se aplica un nivel de tensin de Arranque, ajustado por el usuario. Esto asegura que el motor empiece a girar inmediatamente y sin agarre. La rampa se inicia con un nivel

preseleccionado y a partir de ah, aumenta con un incremento constante.

En el ejemplo, el nivel start volt se ha situado en el 40% de la tensin nominal.

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Arranque con lmite de corriente (I)

El Arranque con Lmite de Corriente es un mtodo de arranque que slo est disponible en los Arrancadores de Tensin Reducida con monitoreo de corriente de salida (microprocesador con mayor capacidad de clculo). La mxima corriente de arranque

requerida es preseleccionada por el usuario.

En el arranque, la tensin de salida aumentar con el valor de rampa seleccionado hasta que la corriente del motor alcance el nivel mximo.

La rampa de tensin de salida es automticamente ajustada para mantener la corriente de arranque a este nivel o por debajo de l.


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Arranque con lmite de corriente (II)

En la primera figura se ha ajustado un lmite de corriente del 400%. La carga se acelera hasta la velocidad

nominar de forma correcta.

En la segunda figura, el lmite de corriente se ha ajustado al 200% de la In. En un punto del ciclo de arranque, el par

requerido por la carga (resistente) excede el par disponible en el motor.

El motor entrar en un atascamiento y no acelerar ms all de este punto, hasta que la tensin de salida aumente lo suficiente.

El motor continuar absorbiendo el doble de la corriente nominal.

El motor se sobrecalentar muy rpidamente, ya que tendr un enfriamiento reducido por su velocidad reducida.

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Ajustes estndar (I) LMITE DE CORRIENTE (Current Limit)

Permite el ajuste de la mxima corriente de arranque del motor. Si se selecciona un valor muy bajo, el motor no tendr fuerza en el

arranque. El valor mnimo depende de las caractersticas de arranque del motor y de la carga. Puede requerirse de algo de experiencia para encontrar el valor ptimo.

Un valor bajo puede conducir a arranques errticos cuando vara la carga.

Si no es necesario limitar la corriente de arranque, se debe dejar al mximo.

TENSIN DE ARRANQUE (Start volts) Este ajuste permite el control sobre el par de arranque inicial del

motor. Con l se consigue dar una caracterstica de arranque adecuada,

sin ningn retraso significativo desde el instante de arranque requerido hasta que el motor empieza a rotar.


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Ajustes estndar (II)

TIEMPO DE ACELERACION (Ramp Up Time) Controla el incremento del nivel de la tensin del motor. Este valor

dice como de rpido el motor llegar a la velocidad nominal. La funcin de limite de corriente puede anular el ajuste de TIEMPO

DE ACELERACION. Si el arranque se va a controlar totalmente mediante el limite la corriente, el TIEMPO DE ACELERACIONdebera ser ajustado al ms rpido.

Normalmente se ajusta en funcin de la carga. Carga liviana:

Una rpida aceleracin provocar el mnimo retardo en alcanzar lavelocidad pero tambin una alta corriente de arranque.

Una aceleracin lenta puede usarse para reducir la corriente de arranque.

Carga pesada: La aceleracin debe elegirse de manera que logre un arranque suave. El ptimo ajuste es normalmente el ms rpido posible de manera que el

motor no sufra excesivo calentamiento.

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Ajustes estndar (III)

TIEMPO DE DESACELERACION (Ramp Down Time) Controla la velocidad con la que se va reduciendo la tensin

durante la parada. Este valor debe ser ajustado a un nivel donde el motor para

suavemente sin vibracin o shock en la carga. Normalmente se usan desaceleraciones rpidas, aunque a veces es

necesario hacerlo suavemente. Ejemplo: En el bombeo de lquidos, al detener el motor rpidamente

puede producirse el golpe de ariete.

El arrancador suave no puede parar al motor de manera ms rpida de lo que tardara en parar al cortar la alimentacin (no incorpora ningn tipo de frenado).


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Utilizacin de los arrancadores estticos

Algunos ejemplos de utilizacin de los arrancadores suaves: Limitacin de la mxima corriente de arranque, por ejemplo,

cuando la capacidad de la red inadecuada. En el arranque y parada de sistemas de transporte o arrastre,

donde es necesario que las maniobras se realicen de forma suave.(ascensores, telefricos, cintas transportadoras, etc.)

Arranque de cargas altamente inerciales que son cargadas slo cuando alcanzan velocidad total (ventiladores, hojas de sierra, etc.)

Aplicaciones de bombeo donde tanto el arranque como sobre todo la parada (para evitar el golpe de ariete) deben ser realizadas suavemente.

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Resumen de los sistemas de arranqueCorriente

de arranque

Par de arranque

Ventajas Inconvenientes Duracin media del arranque

Uso habitual

Arranque directo de 4 In a 8 In

de 0,6 Mn1,5 Mn

- Arranque por simple conexin a la red- Par de arranque normal

- Elevada intensidad de arranque- No permite un arranque progresivo

2-3 segundos

Mquinas pequeas que arrancan en carga

Arranque estrella-tringulo

de 1,3 In a 2,6 In

de 0,2 Mn a 0,5 Mn

- Arrancador barato (3 contactores)- Buena relacin par/intensidad

- Par de arranque pequeo- Algunos fenmenos transitorios en el paso de estrella a tringulo- La tensin de red ha de coincidir con la tensin nominal de los devanados

de 3 a 8 segundos

Mquinas que arrancan en vaco. Mquinas centrfugas de pequea potencia

Arranque por autotransformad

or

de 1,7 In a 4 In

de 0,4 Mn a 0,85 Mn

- Buena relacin par/intensidad - Necesita un autotransformador, que es un equipo caro

de 7 a 12 segundos

Mquinas potentes o de mucha inercia, en las que es importante reducir la punta de intensidad

Arranque por resistencias estatricas

de 4 h a 5 In

de 0,3 Mn a 0,95 Mn

- Posibilidad de escoger las etapas de aceleracin- No hay fenmenos transitorios en las diversas etapas

- La reduccin de la intensidad de arranque es pequea- Necesita resistencias externas

de 7 a 12 segundos

Mquinas de alta inercia, en donde no importa excesivamente la punta de intensidad

Arranque por resistencias

rotricas

menor que 2,5 In

menor que 2,5 Mn

- Muy buena relacin par/intensidad- Posibilidad de escoger las etapas de aceleracin- No hay transitorios en las diversas etapas

- Se precisa un motor de rotor bobinado, que es ms caro que uno de jaula, para igual potencia- Necesita resistencias externas

Mquinas de arranque en carga o progresivo.Mquinas que requieran cierta regulacin de la velocidad

Arranque esttico

constante en toda la aceleracin. Se fija su valor entre 2 In y 3 In.

de 0,25 Mna 0,4 Mn

- Se reduce la corriente de arranque a un valor prefijado, que se mantiene constante en la aceleracin

- Pequeo par de arranque- El equipo de alimentacin es caro

Ajustable Mquinas que arranquen en vaco o a poca carga.Cuando se requiera un arranque y/o parada suave.

003 Arranque de Motores Trifasicos (1)

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