Arranque de Motores Eléctricos

Arranque de Motores.

Motores Asncronos.Motores Monofsicos.

Caracas, 27 de enero de 12

Contenido3Introduccin

4Arranque de Motores Elctricos

4Motores Asncronos o de Induccin

5Principio y Funcionamiento

6Momento de inercia

7Momento inercial de la carga

8Circuito equivalente del motor de induccin

8Par en un motor asncrono

10Mtodos de Arranque Motor Asincrnico:

10-Arranque Estrella y Triangulo:

11-Arranque con resistencias estatricas :

12-Arranque con autotransformador:

14Motores monofsicos

14Principios bsicos y Funcionamiento

15Motores de arranques por condensador

16Arranque de fase partida

17Conclusin

18Bibliografa

Introduccin

Desde que Tesla diseo el motor asncrono, no imagino el impacto que tendra el mismo en el desarrollo de las industrias, como en el desarrollo de comunidades. Los motores elctricos, no solo son usado en las empresas sino tambin en la desarrollo de comunidades gracias a la facilidad que tienen para producir electricidad.

En el presente trabajo, solo hablaremos de los motores asncronos, y de los motores monofsicos, mas no significa que en el mercado no existan mas modelos.

De igual forma, se trataran los principales mtodos de arranque, los cuales se vern influenciados en su uso, ya sea por el tipo de motor al cual hacen referencia, tanto por su costo como por su facilidad de implementacin.

Por ultimo se estudiara la relacin existente entre la potencia, el par y la velocidad de cada motor mediante la forma mas sencilla de visualizar, una grafica.

Arranque de Motores Elctricos

El estudio de arranque de motores se realizara sobre los siguientes modelos de motores elctricos. No son los nicos, hay mas, pero delimitaremos el estudios a estos dos:

Motores Asncronos

Motores Monofsicos

Iniciaremos definiendo que se llama arranque de motores:

Se denomina arranque de un motor al rgimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de rgimen permanente o velocidad sincrnica la cual denotaremos de ahora en adelante como ns .

En la actualidad hay muchos mtodos de arranque y su uso depende del motor al que vaya ser aplicado, por ende, hablaremos primero de los motores, caractersticas, usos y despus de sus sistemas de arranques.

Motores Asncronos o de Induccin Los motores asncronos o de induccin son un tipo de motor de corriente elctrica, fueron desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en 1988.(Vase Ilustracin 1)El motor asncrono est formado por un rotor, que puede ser de dos tipos

Jaula de ardilla

Embobinado.

Para el caso del embobinado las mismas estas desfasadas entre si 120 grados en el espacio y por las mismas circulan un sistema de corriente trifsicas equilibradas cuyo desfase en el tiempo es de 120 grados.

Principio y Funcionamiento

Los motores asncronos por ser robustos y baratos son los ms usados en la industria. En estos motores, el campo gira a la velocidad sincrnica correspondiente a la frecuencia de la fuente de alimentacin

ns = Velocidad Sincrnica

F= frecuencia

P=nmero de polos

Para un motor girando en vaco y sin prdidas el rotor tendra la velocidad sncrona, si al mismo se le aplica un momento resistente en su eje este disminuir su velocidad para que la velocidad relativa con el campo electromagntico giratorio, permita producir un cambio igual u opuesto al aplicado exteriormente. La velocidad del rotor se estabilizara en un punto de funcionamiento determinado por el equilibrio del rotor y el resistente.

La velocidad anular relativa expresada por unidad de la velocidad sincrnica se llama deslizamiento

S= deslizamiento

n= velocidad del rotor

w= velocidad angular del rotor

Entre la utilidad de estas ecuaciones se obtiene la deduccin de momento de torsin de los momento de induccin los motores de potencia

La potencia mecnica en el eje es igual a la potencia en el entre hierro de la maquina Pg . (potencia del campo giratorio), menos la perdidas en el retorno

Momento de inercia El momento de inercia de un cuerpo con respecto a un eje est dado por:

Considerando el caso particular de un cilindro macizo de radio = r densidad= p y altura =h

Donde M es la masa del cilindro r el radio del mismo.

La segunda newton puede ser expresada por:

De esta forma:

As, el momento de inercia puede ser expresado en unidades mtricas por:

Momento inercial de la carga

En el caso por ejemplo, de un motor de iza una masa dada, la misma es para el motor un momento de inercia, por el principio de la conservacin de energa:

Donde v es la velocidad lineal de la masa

M es la masa de izamiento

W es la velocidad angular del eje del motor

J es el momento de inercia de la carga.

De esta forma:

Circuito equivalente del motor de induccin

Se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones

La diferencia entre la tensin aplicada a la fase del motor

La tensin inducida en estas por el flujo resultante en el entre hierro

Las reactancias de dispersin de los devanados del estator

La corriente magnetizada requerida para producir el flujo del entre hierro

Las prdidas en el hierro ya que son proporcionales al cuadrado de la tensin inducida

Par en un motor asncrono

En condiciones normales de operacin estn presente dos campos magnticos en las maquinas (Campo magntico del rotor y campo magntico del estator). La interaccin de estos dos campos magnticos produce el par de la mquina, as como la cercana de dos imanes permanentes ocasionan un par que los alinean.

La distribucin del flujo estatrico en esta mquina es

Donde Bs = es la magnitud de la densidad del flujo mximo

Para encontrar el par que se produce en el rotor se debe analizar por separado la fuerza y el par en cada uno de los conductores.

La fuerza inducida en el conductor 1 es igual a:

El par sobre el conductor es

La fuerza inducida sobre el conductor 2 es

El para sobre el conductor es

Por tanto el par sobre la espira sobre el rotor es

Luego de hablar un poco del motor y sus caractersticas, nos enfocaremos en su arranque. Hay varios tipos de arranques de motor, cada uno con sus peculiaridades y su motivo, en esta ocasin vamos a ver los mas empleados en la industria.Mtodos de Arranque Motor Asincrnico: Arranque Estrella y Triangulo:

Las conexiones de un motor son muy sencillas de realizar, para ello el fabricante dispone en la carcasa del motor de una caja de conexiones con 6 bornes, en donde nosotros haremos las conexiones pertinentes, dependiendo de si deseamos una conexin tipo estrella o una conexin tipo triangulo. (Vase ilustracin 2).

Las conexiones en la caja de bornes se realiza segn la Ilustracin 3.

Ahora bien, puede ser que nos interese hacer, mediante contactores, un cambio de conexin estrella-tringulo, en ese caso solo tenemos que conectar la salida de los contactores a la caja de bornes.

Este tipo de arranque se utiliza para limitar la intensidad absorbida en el momento de arranque del motor. Si disponemos de un motor de 220 V y lo conectamos, en primer lugar, en estrella, tendremos una tensin de 127 V, con la cual, obtendramos una intensidad 2 veces la nominal. En cambio, si lo hacemos directamente, tendramos una intensidad de 5 veces la nominal. Al conectar primero en estrella y despus en tringulo, mediante un temporizador, reducimos el sufrimiento del bobinado al rebajar la intensidad de absorcin.En la actualidad existen unos equipos llamados arrancadores estrella-tringulo que realizan este cometido de forma mucho ms exacta, pues, lo ideal es que se realice el cambio de estrella a tringulo cuando el motor halla alcanzado el 80% de su velocidad nomina Arranque con resistencias estatricas :

Este tipo de arranque se utiliza para reducir la intensidad de arranque. El funcionamiento es similar al anterior, es decir, en una primera instancia, entran en funcionamiento las resistencias, y en una segunda instancia el motor es alimentado directamente.

De igual forma se usan dos contactores y un temporazidor, la particularidad mas interesante es que la resistencia tienen un numero limitado de arranques cada X tiempo, el cual es indicado por el fabricante. Por otro lado la ventaja que tiene este modo de arranque, es que no hay una cada de tensin , algo que sucede con el estrella-triangulo.

Ilustracin 4 Esquema de potencia

En el esquema de maniobra, est representado tres fusibles F3, un rel trmico F2, dos interruptores S1 y S2, un temporizador KA1, y dos contactores KM1 y KM2. En el esquema de potencia se puede ver la representacin de las resistencias estatricas. No se pueden representar en el esquema de maniobra, porque no son un elemento de control, adems, todo el circuito de maniobra es precisamente para controlar dichas resistencias.

Explicacin de la maniobra:

S1:Al pulsar sobre S1, entran en funcionamiento KM1 y KA1. Transcurrido un tiempo KA1, temporiza y cambia KM1 por KM2, dejando desconectadas las resistencias estatricas y conectando el rel trmico de seguridad F2.

S2:Desconecta a KM2 y F2. Inicio del paro del motor, tiene una inercia.

Arranque con autotransformador:

Este tipo de arranque mejora al arranque con resistencias estatricas, al tener un mejor par y no existir prdidas por la disipacin de calor en las resistencias. Sin embargo, presenta un inconveniente, el precio, pues resulta ms econmico el arranque por resistencias estatricas. Se emplea el arranque por autotransformador en motores de gran potencia, y como siempre, con la intencin de reducir la intensidad absorbida en el momento de arranque.

El esquema presentado aqu, trata sobre el arranque de un motor sobre dos puntos. La utilidad de ste tipo de arranque es poder reducir la intensidad durante el arranque, se usa en mquinas donde el par resistente sea bajo. Se emplea con motores trifsicos con el rotor en cortocircuito. Como el esquema indica, si accionamos sobre el pulsador S1 entrarn en juego KA1,KM1 y KM2.Con el temporizador KA1 regularemos el tiempo necesario para que cuando el motor se encuentre en los valores nominales, se desconecten KM1 y KM2, conectndose a su vez KM3, entonces el motor estar en rgimen de trabajo habitual. En cambio, si deseamos detener el motor, solo tenemos que accionar el pulsador S2.Motores monofsicosLos motores monofsicos tienen un gran desarrollo debido a su gran aplicacin en electrodomsticos, campo muy amplio en su gama de utilizacin al que se suma la motorizacin de pequeas maquinas y/o herramientas. Su mayor fortaleza es en utilizaciones domsticas.

Los motores monofsicos ms usados son:

Motores provistos de bobinas auxiliares de arranque

Motores con espiras en corto circuito

Motores universales

Principios bsicos y Funcionamiento

El funcionamiento se basa en la teora del doble campo giratorio un campo alternativo puede ser descompuesto en dos campos rotantes de sentido contrario e inversamente dos campos iguales y de sentido opuesto, sumados constituyen un campo alternativo. Si uno de los campos se neutraliza de alguna manera queda un campo rotante y el rotor responder al mismo de la misma manera que un motor trifsico.

Ilustracin 8 Modelo de un motor monofsico

Los sistemas ideados para el arranque de motores monofsicos se basan en provocar un desequilibrio entre los pares antagonistas que generan ambos campos magnticos, es decir si provocamos un desequilibrio en el momento de arranque es decir w0, el motor empezara a girar en uno u otro sentido. Las principales realizaciones se basan en cambiar al menos durante el arranque el motor monofsico por un bifsico (Que arranca solo). Un motor bifsico tiene dos rebanados en el estator desplazados /2P.

Las principales realizaciones de motores monofsicos utilizando estas tcnicas son:

Motores de arranques por condensador

Motores de fases partidas.

Siendo estos dos las ms utilizadas dado que existen muchas otras realizaciones

Motores de arranques por condensador

Se tratan de motores monofsicos que en el momento del arranque son bifsicos. Tienen por tanto dos devanados en el inductor que siempre estn en el estator desplazado /2P. Estos devanados son:

Devanado principal, es el que recibe energa durante todo el tiempo en el que motor esta funcionado

Devanado auxiliar muy similar al primero pero al que se le aade un condensador en serie que facilita conseguir el desfaje suficiente entre las dos corriente, solo recibe energa elctrica al momento del arranque dado que se desconecta por la accin de un interruptor centrifugo

Circuito equivalente de arranque por condensador

Grafica Vectorial de desfasaje

Diagrama Par velocidad

Arranque de fase partida

Es un sistema de arranque ms evolucionado del anterior y muy difundido. Tiene un par de arranque satisfactorio para muchos casos, se puede construir en potencias hasta 12 CV. El motor de fase partida tiene una bobina principal y una auxiliar, desplazado 90 grados .

Conclusin

El desarrollo que propicio tesla con el desarrollo del motor asncrono, marco el inicio de un movimiento que hasta el sol de hoy ha sido indetenible, dado que cada vez se desarrollan modificaciones a los diseos ya existentes y se idean nuevos materiales para su construccin.

Las maquinas elctricas, con el pilar de la industria, ya sea como generador de energa mecnica impulsada por la energa elctrica, o como un motor que sirve para desplaza piezas, materiales o productos terminados, de un sitio a otro.

Se ha podido tambin estudiar la gran variedad de motores existente en el mercado, mas all de que aqu solo trabajamos con dos, mientras se realizo la investigacin se comprob que haban muchos mas.

De igual forma sorprende la gran variedad de formas de arranques que existen y que su uso depende de las necesidades del dueo, y del tipo de motor al que nos referimos.

Tambin se muestra la relacin existente entre el par de torsin del motor, y la velocidad del mismo.Bibliografa Stephen J. Chapman. Mquinas Elctricas. Tercera edicin. McGraw-Hill.

Mquinas Elctricas. Cuarta Edicin. Autor: Jess Fraile Mora. Servicio de publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

El Motor Asncrono. http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htm . 20 de enero de 2012 Arranque de Motores. http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htm 19 de enero de 2012

Motor Electrico. http://www.nichese.com/motor.html. 23 de enero de 2012

Motor electrico. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico 23 de enero de 2012

Motor Asincrono. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncrono. 24 de enero de 2012.

Motor Sincrono. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_s%C3%ADncrono 24 de enero de 2012.

Ilustracin SEQ Ilustracin \* ARABIC 1. Patente del Motor Presentado por Tesla

Ilustracin 3

Ilustracin 2

Ilustracin 5 Esquema de Maniobra

Ilustracin 6 Esquema de potencia

Ilustracin 7 Esquema de potencia

Ilustracin 9

Ilustracin 9

Ilustracin SEQ Ilustracin \* ARABIC 10

Ilustracin 11

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