arranque directo y arranque estrella-delta de motores asíncronos trifásicos

7/26/2019 Arranque Directo y Arranque Estrella-Delta de Motores Asncronos Trifsicos

1/8

1

ARRANQUE DIRECTO Y ARRANQUE DE MOTORES AC

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Escuela de Mecnica ElctricaEscuela de Vacaciones, Junio de 2016

Automatizacin Industrial

Seccin: N

200715097, Henry Isaias Ajquejay Ichaj

Tarea: 1

I. INTRODUCCIN

El motor asncrono es el motor mas usado en el mundode las instalaciones industriales, residenciales y comerciales.Es de construccin simple y de calidad y es favorable en loeconmico. Lo que caracteriza al motor asncrono es el altoconsumo de intensidad de corriente cuando lo alimentamoscon carga a travs de un arranque directo que puede provocarcadas de tensin en la red afectando el resto de cargasconectadas y su efecto se ve reflejado visualmente con unadisminucin de la cantidad de luz emitidas por las lamparas(cada de voltaje), tambin puede provocar problemas enlos sistemas mecnicos como vibraciones bruscas indeseadas

como por ejemplo en elevadores o en otras aplicaciones endonde se deba evitar el par de arranque elevado, de tal maneraque existen varios mtodos para disminuir considerablementela corriente de arranque y con ello el par de arranque talescomo: arranque en estrella-delta, arrancadores suaves, etc. Acontinuacin se presentarn 2 de los mtodos de arranque masutilizados y el control de motores asncronos mas importantesy conocidos.

II. OBJETIVOS

II-A. GENERALES

Conocer los diferentes mtodos de arranque de un motor

trifsico de jaula con el fin de eficientar el consumo dearranque y evitar los efectos no deseados del par elevadopara aplicaciones que as lo requieran.

II-B. ESPECFICOS

Reconocer la potencia de los motores, sus aplicacionesy sus caractersticas de construccin internas y externaspara determinar que tipo de arranque utilizar.Saber utilizar adecuadamente la disposicin de los dife-rentes tipos de elementos de proteccin en los arranca-dores directos y en los arrancadores estrella-delta.

Entender el comportamiento del motor en rgimen establey transitorio para comprender las consecuencias queprovocan estas tanto a la red de distribucin como paralos propios mecanismos y motor como para las personasque las operan.

III. ANTECEDENTES

Durante la puesta en tensin de un motor, la corriente soli-citada es considerable y puede provocar una cada de tensinque afecte al funcionamiento de los receptores. La cada puedellegar a ser perceptible en los aparatos de alumbrado.

Ciertos reglamentos prohben el uso de motores de arranquedirecto que superen cierta potencia.

III-A. Motores de rotor de jaula.

Los motores de jaula son los nicos que pueden acoplarsedirectamente a la red por medio de un equipo simple.

Los distintos procesos de arranque consisten principalmenteen hacer variar la tensin en las bornas del esttor. En este tipode motores en donde la frecuencia es constante, la reduccinde la punta de corriente conlleva de manera automtica unafuerte reduccin del par segn la formula siguiente:

C =

kI

2

y en forma de proporcionalidad:

C I2

Lo que indica que un motor a frecuencia constante, el parde arranque es directamente proporcional al cuadrado de lacorriente de arranque. Lo que explica como el par de arranquedisminuye considerablemente a una disminucin leve de lacorriente de arranque, independientemente de la frecuencia.

Esto es valido unicamente para este tipo de motores (jaulade ardilla).


2/8

2

III-A1. Variacin de tensin:: Las variaciones de tensinno alteran la velocidad de sincronizacin. Los aumentos detensin arriba de la nominal, implican la disminucin deldeslizamiento en el caso de un motor en carga(aumento de lavelocidad). Al disminuir la tensin de alimentacin, el motorgira a menor velocidad.

III-A2. Variacin de la frecuencia: ParLa ley de Ohm aplicada a un motor da el siguiente resultado:U =LI+ rI

o bienI = U

L+r

L=Constante de fabricacin = 2f

r =es la resistencia ohmica del motor y es omisible anteLcuando es distinto de 0.

Por tanto, es posible escribir:

I = U

2Lf =

U

kf

Donde,k = 2L =cte. Yr = 0ya que f= 0Ya que un aumento de U refleja un aumento de I en la

misma proporcin, entonces para obtener una Iconstante, espreciso que la relacin U

f se mantenga constante, para ello

tambin es necesario que faumente en la misma proporcinque U.

Sin embargo para una frecuencia constante, el par de estetipo de motores se obtiene mediante la formula:

C =kI2

Que ya hemos explicado anteriormente. Por consiguiente, esposible trabajar a un par constante siempre y que sea posibleaumentarUhasta la tensin nominal, independientemente dela frecuencia. Entonces Ies solo funcin de Uy de maneraproporcional siempre y cuando fse mantenga constante. Elpar constante aqu explicado se consigue solo cuando Ues lanominal.

Si fno es constante y aumenta digamos desde f = 0 almismo tiempo que Uaumenta en la misma proporcin de fhasta llegar a su valor nominal, definitivamente se consigueque el par sea constante en todo tiempo ya que la relacin U

f

siempre se mantendra constante.

Si f aumenta y U es constante, entonces disminuye lacorriente, el par disminuye igualmente.corriente de arranque

Vara proporcionalmente a la tensin de alimentacin einversamente proporcional a la frecuencia de alimentacin. Porlo que se usa convertidores de frecuencia para conseguir unacorriente de arranque dbil (entre 1 y 1,5In) con respecto alos arranques directos que dan de 6a 8In.

Velocidad

Es proporcional a la frecuencia

f V el

III-B. Variantes de arranque para motores trifsicos asn-cronos

El motor trifsico asncrono tambin se conoce como un

motor de jaula de ardilla o rotor de jaula de ardilla (motor).Tambin se usa el trmino motor de induccin.

Figura 1. Arranque directo y estrella-delta.

III-C. Conexin de un motor trifsico

Las conexiones del motor trifasico se denotan por su ordenalfabtico (por ejemplo, U1,V1,W1) se corresponde con alsecuencia de tensin de red (L1,L2,L3) y hace que el motorgire en sentido horario.


3/8

3

Figura 2. Conexin del motor en estrella en sentido horario. Figura 3. Conexin del motor en tringulo en sentido horario.

Figura 4. Rotacin horaria: Secuencia de fases - Cajetn de terminales -Extremo de accionamiento.


4/8

4

La velocidad de rotacin se determina por la frecuencia dela red elctrica. Esto depende de la carga y solo se mantieneconstante siempre y cuando el par del motor y el el par decarga tengan la misma magnitud.

Figura 5. Curva caracterstica del arranque de un motor asncrono trifsico.

Los equipos de control de potencia destinados a controlar-los, normalmente llamados arrancadores, realizan las funcio-nes de seccionamiento, proteccin y conmutacin. Se puedenclasificar en tres familias:

arrancadores todo o nada: el motor suele arrancar consus caractersticas propias y el rgimen de velocidadestablecido es constante.arrancadores basados en arrancadores electrnicos: laaceleracin y la deceleracin estn controladas y elrgimen de velocidad establecido es constante.

arrancadores basados en variadores de velocidad elec-trnicos: el arranque y la parada estn controlados y lavelocidad depende de una consigna.

El arranque directo y el arranque en estrella-delta son dosarrancadores del tipo todo o nada y a continuacin seexplicar cada uno de ellos.

IV. ARRANQUE DIRECTO

Se trata del modo de arranque mas sencillo en el que elesttor se acopla directamente a la red.

En el momento de la puesta bajo tensin, el motor actacomo un transformador cuyo secundario, formado por la jaula

muy poco resistente del rotor, est en cortocircuito. La corrien-te primaria y la secundaria son prcticamente proporcionales.

Iarr = 5 a 8Inom (1)

Figura 6. Curva de corriente/velocidad del arranque directo.

Carr = 0,5 a 1,5Cnom (2)

Figura 7. Curva de corriente/velocidad del arranque directo.

No. Ventajas Desventajas

1 Sencillez del equipo Elevado par de arranque2 Arranque rpido Elevada corriente de arranque3 Bajo coste Costo elevado largo plazo

Solo es posible utilizar el arranque directo en los siguientescasos:


5/8

5

La potencia del motor es dbil. En redes publicas estaslimitaciones por lo general se cumplen cuando en elarranque la potencia aparente del motor trifasico no ex-cede de 5,2kV A o cuando es de mayor potencia aparentepero la corriente de arranque no excede de 60A. Con unatensin de 400Vy un arranque de 8veces la intensidadnominal, esto corresponde a un motor con una intensidadnominal de 7,5Ao un motor de 4kW.La mquina accionada no requiere un aumento progresivode velocidad.Par de arranque debe ser elevado.La cada de tensin provocada por la corriente solicitadapueda perturbar el buen funcionamiento de otros aparatosconectados a la misma lnea.La mquina accionada no pueda admitir sacudidas mec-nicas.La seguridad o la comodidad de los usuarios se veacomprometida (por ejemplo, en el caso de las escalerasmecnicas).

Si no se requiere del inicio brusco que provoca el par dearranque elevado como consecuencia de la alta corriente de-mandada,entonces ser imprescindible disminuir la corrientesolicitada o el par de arranque, para ello, el medio masutilizado consiste enarrancar el motor bajo tensin reducida.

Consecuencias de la tensin reducida:

La corriente de arranque vara proporcionalmente a latensin de alimentacin.El par de arranque vara proporcionalmente al cuadradode la tensin de alimentacin. Ejemplo: si la tensin se

divide por3, la corriente se divide aproximadamentepor

3y el par se divide por 3.

IV-A. ESQUEMA DE CONEXIONES

IV-A1. DIAGRAMA DE TRABAJO : Llamado tambindiagrama de fuerza.

Existen 3 maneras diferentes de llevar a cabo la conexinen funcin de los elementos de proteccin involucrados.

1. Con fusibles (evitando el disyuntor magntico) y el guar-damotor sigue en su mismo lugar. Sabiendo que fusible ydisyuntor magntico realizan la misma funcin. Esto es enlugar del disyuntor magntico se instalan los portafusiblescomo en el siguiente diagrama.

Figura 8. Arranque directo. Diagrama de conexiones para el diagrama detrabajo. Se observa los portafusibles en lugar del disyuntor magntico comodispositivo de proteccin contra cortocircuitos.

2. Con disyuntor y guardamotor acoplados como una solaunidad (evitando los fusibles).

Figura 9. Arranque directo. Diagrama de conexiones para el diagrama detrabajo. Se observa los portafusibles en lugar del disyuntor magntico comodispositivo de proteccin contra cortocircuitos.

3. O bien con disyuntor y guardamotor por separados einstalados en diferentes posiciones, de tal manera que eldisyuntor est aguas arriba del contactor de fuerza y eldispositivo rel trmico de sobrecarga est aguas abajodel contactor de fuerza.

Sin embargo entre todas estas opciones la mas adecuada es laque presenta en su esquema al guardamotor lo mas cercanoposible al motor y al disyuntor trmico aguas arriba delcontactor de trabajo, los fusibles en la derivacin del diagramade fuerza es indispensable. Ver anexo conexin completa enanexos.


6/8

6

IV-A2. DIAGRAMA DE MANDO: Ver en adjuntos.

IV-B. IDENTIFICACIN DE COMPONENTES

Figura 10. Identificacin de componentes de un arranque directo.

F1 = Fusible(Proteccin de lnea y cortocircuito), aqutambin puede ir implementado ya sea evitando los fusibles o

complementndolo con disyuntor magntico.Q1 = Conmutacin (contactores).F2 = Protector de motor (Proteccin contra sobrecargas).M1 = Motor trifsico asncrono.

V. ARRANQUE ESTRELLA-TRINGULO

Tambin llamado Arranque Estrella-Delta o simplementeArranque .

Slo es posible utilizar este modo de arranque en motores enlos que las dos extremidades de cada uno de los tres devanadosestatricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el

bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento entringulo corresponda con la tensin de la red: por ejemplo,en el caso de una red trifsica de 380 V, es preciso utilizar unmotor bobinado a 380 V en tringulo y 660 V en estrella.

El principio consiste en arrancar el motor acoplando losdevanados en estrella a la tensin de la red, lo que equivalea dividir la tensin nominal del motor en estrella por

3(en

el ejemplo anterior, la tensin de la red 380V = 660V3

). Lapunta de corriente durante el arranque se divide por 3:

Iarr = 1,5 a 2,6Inom (3)

Figura 11. Curva de corriente/velocidad del arranque estrella-tringulo.

Carr = 0,2 a 0,5Cnom (4)

Figura 12. Curva de par/velocidad del arranque estrella-tringulo.

Un motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensinnominal de 660 V absorbe una corriente 3 veces menor que sise acopla en tringulo a 380 V. Dado que el acoplamiento enestrella se realiza a 380 V, la corriente se divide nuevamentepor 3. Por tanto, se divide por un total de 3. El par de arranquese divide igualmente por 3, ya que es proporcional al cuadradode la tensin de alimentacin.

La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibranel par del motor y el par resistente, normalmente entre el75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, losdevanados se acoplan en tringulo y el motor rinde segn


7/8

7

sus caractersticas naturales. Un temporizador se encarga decontrolar la transicin del acoplamiento en estrella al aco-plamiento en tringulo. El cierre del contactor de tringulose produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras laapertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuitoentre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismotiempo.

La corriente que recorre los devanados se interrumpe conla apertura del contactor de estrella y se restablece con elcierre del contactor de tringulo. El paso al acoplamiento entringulo va acompaado de una punta de corriente transitoria,tan breve como importante, debida a la fcem del motor.

El arranque estrella-tringulo es apropiado para las m-quinas cuyo par resistente es dbil o que arrancan en va-co. Dependiendo del rgimen transitorio en el momento delacoplamiento en tringulo, puede ser necesario utilizar unavariante que limite los fenmenos transitorios cuando se superacierta potencia:

Temporizacin de 1 a 2 segundos al paso estrella-tringulo. Esta medida permite disminuir la fcem y, portanto, la punta de corriente transitoria. Esta variante slopuede utilizarse en mquinas cuya inercia sea suficientepara evitar una deceleracin excesiva durante la tempori-zacin.Arranque en 3 tiempos: estrella-tringulo + resistencia-tringulo. El corte se mantiene, pero la resistencia se poneen serie aproximadamente durante tres segundos con losdevanados acoplados en tringulo. Esta medida reduce lapunta de corriente transitoria.

Arranque en estrella-tringulo + resistencia-tringulo sincorte.

La resistencia se pone en serie con los devanados inmedia-tamente antes de la apertura del contactor de estrella. Estamedida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, laaparicin de fenmenos transitorios. El uso de estas variantesconlleva la instalacin de componentes adicionales y el consi-guiente aumento del coste total. En muchos casos, el uso de unarrancador esttico de tipo Altistart es una solucin preferible.

V-1. ESQUEMA DE CONEXIONES:

V-2. DIAGRAMA DE FUERZA: Cambien llamado diagra-ma de trabajo y se realiza con dispositivos de proteccin talescomo fusibles, disyuntor magntico y rel trmico (guardamo-tor).

Existen 2 maneras diferentes de llevar a cabo la conexinen funcin de la disposicin fsica del guardamotor.

1. Con guardamotor en la estrella.

Figura 13. Arranque estrella-tringulo. Diagrama de fuerza.

2. Con guardamotor en la entrada de la alimentacin prin-cipal (aguas arriba de las puntas U1,V1 y W1).

Figura 14. Arranque estrella-tringulo. Diagrama de fuerza.

Ambas maneras de proteger al motor de sobrecargas vieneespecificado por el acoplamiento de los devanados del motorcomo sigue:


8/8

8

Figura 15. Acoplamiento de los devanados del motor.

V-3. DIAGRAMA DE MANDO: Ver en adjuntos.

V-A. IDENTIFICACIN DE COMPONENTES

Figura 16. Identificacin de componentes de un arranque estrella-delta.

F1 = Fusible (proteccin de lnea y cortocircuito), aqu

tambin puede ir implementado ya sea evitando los fusibles ocomplementndolo con disyuntor magntico.Q1 = Conmutacin (contactor principal)Q2 = Conmutacin (delta).Q3 = Conmutacin (estrella).F2 = Protector de motor (Proteccin contra sobrecargas).M1 = Motor trifsico asncrono.

VI. CONCLUSIONES

Un arrancador directo se debe implementar con todaseguridad para motores por debajo de los 5.2kVA o bienpara motores que no consuman arriba de los 60A en su

arranque, esto es suponiendo que los motores alcanzan8 veces la corriente nominal durante el arranque, lo quesignifica que este tipo de arranque est destinado paraaquellos motores que no sobrepasan los 7A nominales.

1. La conmutacin del paso de estrella a delta debe tenercomo mnimo entre 30 y 50ms de tiempo como intervalode separacin entre ellos para evitar provocar un corto-circuito trifasico.

2. Se aprendi a disear diagramas de conexiones de mandoy fuerza, la ubicacin de sus elementos, as como tempo-rizar los arranques dependiendo del uso y su aplicacin.

REFERENCIAS

[e-grafa] Arranque y controlo de motores trifsicos asncronoshttp://www.eatonelectric.es

[e-grafa] Manual electrotcnico Telesquemariohttp://www.schneider-electric.com.co

VII. ANEXOS

arranque directo y arranque estrella-delta de motores asíncronos trifásicos

Documents