motores y sistemas de arranque

MOTORES Y SISTEMAS DE ARRANQUE


En este apartado trataremos los motores de corriente alterna por ser los que se utilizan exclusivamente en las instalaciones de refrigeracin y climatizacin.

Una espira de un material conductor dentro de un campo magntico creado por un par de polos (N-S) que giran con una velocidad (r.p.m.)Inducirn en la espira una fuerza electromotriz (fem) que har circular una corriente elctrica (I) por ella.


El efecto de la corriente (I) dentro del campo magntico es la aparicin de una fuerza (F) sobre la espira, haciendo que esta gire siguiendo el movimiento de los polos magnticos. Este tipo de motor se denomina de induccin.En un motor existen dos partes, el rotor o parte que gira y el estator que permanece fijo y unido a la carcasa.


En el estator se crea el campo magntico giratorio mediante unos bobinados tambin llamados devanados o arrollamientos, fabricados con hilos de cobre aislados elctricamente entre s, que se alimentan con corriente alterna.El rotor puede ser de dos tipos:-Bobinado, si esta formado por unas bobinas similares a las del estator.


- Jaula de ardilla, en las que unas barras desnudas de cobre, bronce o aluminio estn conectadas en cortocircuito en sus extremos, el tipo ms utilizado por su simplicidad y economa.


Los motores con rotor de jaula de ardilla nunca pueden girar a la misma velocidad que el campo magntico, dado que si lo hiciese, en la misma espira no habra variacin del campo magntico que la atraviesa y en consecuencia no se inducira ninguna fuerza electromotriz que haga circular la corriente que origina la fuerza de giro.Por este motivo estos motores reciben el nombre de asncronos, no giran a la misma velocidad que el campo magntico rotativo del estator. Se llama deslizamiento a la diferencia de velocidad entre el campo magntico y el rotor (espira).El deslizamiento de un motor variar segn la carga. Aumentando la carga se reduce algo la velocidad del rotor y esto hace que el campo magntico corte los conductores del rotor ms rpidamente y que, por consiguiente, se produzca en el rotor la corriente inducida ms intensa necesaria para aumentar el par motor que ha de aumentar con la carga mayor.


El termino Par motor se refiere al esfuerzo giratorio desarrollado por un motor. El par motor se expresa y se mide en metros-kilogramo.

Los compresores utilizados en refrigeracin normalmente siempre arrancan con carga, por lo tanto es necesario que los motores elctricos que los acciona puedan vencer en el arranque la inercia de la mquina por un lado y por otro vencer la presin en el lado de alta presin

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOS

Son aquellos que funcionan con una tensin monofsica y tienen dos devanados en el estator, uno auxiliar para el arranque y desplazado 90 geomtricos respecto al devanado principal, ya que ste por smismo no puede crear un campo magntico giratorio.Tecnolgicamente se basa en el mismo principio que el motor trifsico, aunque el tercer conductor lo obtenemos de un condensador.Para que la corriente que recorre el devanado auxiliar o de arranque S (START) este desfasado respecto a la que recorre el bobinado principal o de marcha R (RUN), se alimenta al primero a travs de un rele de intensidad, o bien, con la combinacin de un rele y un condensador, que como sabemos desfasa 90 la corriente rspecto a la tensin en el auxiliar. Lo ideal sera lograr un desfase de 120 como en los sistemas trifsicos.

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOS

Aunque en el devanado secundario o de arranque no se produce un desfase de 90 exactos debido a la inductancia del mismo, ste es suficiente como para producir un campo magntico giratorio que permita el arranque del motor. Una vez alcanzada una cierta velocidad de giro el condensador puede desconectarse a travs de un rele y el motor seguir girando.En los terminales del motor o bien en sus componentes de arranque la denominacin habitual para sus bornes son:

C- ComnS- Secundario, arranqueR- Principal, marcha

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOSDistribucin de bobinados

Para verificar la situacin de las bobinas de arranque y trabajo en un motor monofsico empezaremos por numerar los terminales del motor y efectuar la medicin de resistencia con todas las combinaciones posibles entre ellos, as mediremos entre:

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOSDistribucin de bobinados

Despus de las mediciones podemos asegurar que entre los terminales 1 y 3 se encuentra la bobina de trabajo, ya que es elresultado ms pequeo de las tres mediciones.Entre los terminales 1 y 2 se encuentra la bobina de arranque y entre el 2 y 3 el valor resultante de la medicin es la suma de las dos resistencias.La forma de localizar el punto comn se hara encontrando la medicin mayor, el comn es el que esta sin conectar.

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOSMotores de ventilacin

El tipo de motor normalmente empleado para la ventilacin en instalaciones de refrigeracin son los de induccin, bien sean monofsicos con condensador permanente o trifsicos.Estos motores como los explicados anteriormente tienen un devanado de arranque con ms resistencia y otro de trabajo de menos resistencia.Las diferentes velocidades se obtienen, intercalando bobinas de diferentes valores de resistencia entre la alimentacin de red y el punto comn de las bobinas de trabajo y arranque, consiguindose a mayor resistencia menor velocidad y viceversa.

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOSMotores de ventilacin: Tipos

Ventilador de tipo helicoidal:La hlice es de tipo convencional formada normalmente por tres o cuatro palas, que soplan en el sentido del eje del motor, por lo que reciben el nombre de axial y que a su vez pueden ser de plstico o aluminio.Con las hlices de platico se consiguen niveles sonoros ms bajos que con las metal, ya que el plstico recupera su forma primitiva en caso de deformacin por golpe o uso indebido.Este tipo de ventilador lo encontramosen unidades condensadoras montadasal aire libre exterior (sin conducciones)

MOTORES ASINCRONOS MONOFASICOSMotores de ventilacin: Tipos

Ventilador de tipo centrifugo:Llamado tambin radial, esta formado por paletas rectangulares y alargadas, dispuestas paralelamente entre s, formando entre ella un cilindro. Este ventilador sopla en el sentido de los radios del cilindro.Por lo general tiene ms presin disponible que el axial, y gira a un numero de revoluciones mayor.Su aplicacin es la de colocarle en conductos para canalizar la entrada y la salida del aire. El motor en ambos casos es del tipo de induccin.

ARRANQUE DE COMPRESORES MONOFASICOS

Los compresores monofsicos pueden montar diferentes sistemas de proteccin y arranque que varan segn su potencia y caractersticas de funcionamiento de la instalacin.Los sistemas utilizados para el arranque de compresores monofsicos son:

- RSIR, para arranque por resistencia.- CSIR, para arranque con condensador.- CSR, para arranque con condensador y condensador permanente.

Ciertos modelos de compresor permitenser arrancados indistintamente con dos de los tres sistemas.

ARRANQUE DE COMPRESORES MONOFASICOSKLIXON

Los compresores monofsicos instalan en el terminal comn de las bobinas, un protector de motor tambin denominado Klixon, el cual puede estar instalado sobre los devanados del motor, o en el exterior.Esta formado por un resistencia elctrica conectada en serie con dos metales que al calentarse, y tener cada uno de ellos distintos coeficientes de dilatacin, se curvan y abren un contacto elctrico.La misin del Klixon es proteger al motor ante un exagerado aumento de temperatura en el compresor, ya que en tal caso el bimetal actuara desconectando la alimentacin elctrica del motor.El Klixon tanto interno como externo debe actuarcuando detecta un temperatura superior de80-90, tenindose que enfriar lo suficiente para volver a rearmar en contacto bimetalico.

ARRANQUE DE COMPRESORES MONOFASICOSAVERIAS DEL KLIXON

La avera que puede presentar el Klixon es que el bimetal se quede en posicin abierta, bien por deterioro o por suciedad, y no cierren el circuito de alimentacin.Para su comprobacin procederemos a medir continuidad con el tester.En el caso de estar defectuoso, deberemos sustituirlo por uno que corresponda a la potencia y voltaje del compresor, y en el caso de encontrarse abierto en el interior del compresor hermtico, se tendr que cambiar el compresor.

SISTEMA DE ARRANQUE CON TERMISTORES P.T.C(resistencia de coeficiente trmico positivo)

Estn fabricados con Titanto de bario (aglomerado policristalino) estructurados en numerosos pequeos cristales. Al aumentar la temperatura, los cristales, siempre en vibracin creciente, forman barreras que obstaculizan el paso de los electrones, esto hace que la resistividad aumente, siendo mucho ms elevada que la de los metales, por lo que este componente en fro tendr poca resistencia y conforme aumente su temperatura ir aumentando su resistencia.Los sistemas con PTC proporcionan poco par de arranque por lo que se utilizan en pequeos circuitos con compensacin de presiones.

SISTEMA DE ARRANQUE CON TERMISTORES P.T.CAVERIAS

Es conveniente utilizar PTCs originales de cada compresor dado que cada marca comercial dispone las bobinas de diferente manera.Las averas ms habituales en la PTC son la de no tener continuidad o que la resistencia en fro haya sido alterada, en cualquier caso hay que sustituir el arrancador.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE INTENSIDAD

El principio de funcionamiento del rele de intensidad, es que su bobina queda en serie entre la alimentacin elctrica y el bobinado de trabajo del compresor, aprovechando el aumento de consumo que se produceen cada arranque de la instalacin.En el momento del arranque, el consumo del motor aumenta entre 4 y 5 veces con respecto a la intensidad nominal, creando a la vez en la bobina del rel un campo magntico capaz de atraer al martillo interior y establecer la alimentacin elctrica en la bobina de arranque del motor.Una vez arrancado la intensidaddesciende a un valor nominal descendiendo el campo magntico y por peso se desplaza el contacto del rele a su posicin inicial.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE INTENSIDADAVERIAS

Situamos el selector del tester para medir continuidad, en la mxima escala. Introducimos las dos puntas de medicin en los dos terminales del rele, y girndolo 180 debemos encontrar continuidad en una de las posiciones, ya que de estar en buen estado el martillo interior por peso de desplazar. Cerrando el circuito entre terminales.1. Siempre hay continuidad: Martillo pegado o soldado.2. Nunca hay continuidad: Contactos defectuosos o clavados.3. Bobina del rele sin continuidad: Bobina defectuosa.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE INTENSIDAD Y CONDENSADOR DE ARRANQUE

En compresores que montan este sistema, al rele puede ir instalado en los mismos bornes del compresor, o bien en una caja de conexiones fuera del compresor. En este caso hay que tener cuidado de cmo se monta el rele porque tiene posicin concreta.El principio de funcionamiento es el mismo que el anterior pero gracias al condensador en serie con el bobinado le ganamos par de arranque, as podemos utilizarlo en instalaciones que arrancar con mucha diferencia de presiones.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE INTENSIDAD Y CONDENSADOR DE ARRANQUE

La comprobacin de averas es igual que con las indicaciones del rele de intensidad, lo que hay que tener en cuenta es puentear el condensador para que nos de continuidad, y tambin comprobar el condensador por separado con el tester analgico.

SISTEMA DE ARRANQUE CON CONDENSADOR PERMANENTE

Este sistema de arranque se utiliza en aparatos de aire acondicionado Splits de pequea potencia, y no utiliza ni condensador de arranque ni rele. Debido a su reducido par de arranque, debe emplearse en maquinas que en parada igualen rpidamente la presiones, ya que no seria capaz de arrancar con diferencia de las mismas.El condensador se queda permanentemente en funcionamiento, en caso de no arrancar o funciona a intervalos muy cortos, comprobar el condensador.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE TENSION

El rele de tensin puede instalar solo un condensador de arranque, o bien un condensador de arranque y otro de marcha o permanente, que en el momento del arranque quedan conectados en paralelo sumndose sus capacidades ya que sus contactos en reposo son (NC) normalmente cerrados.Cuando el motor es alimentado la tensin en los bornes de la bobina del rele es insuficiente para permitirla abrir los contactos. La tensin va aumentando regularmente a medida que se eleva la velocidad de giro del motor, por lo que ocurre lo mismo en la alimentacin de la bobina del rele.

SISTEMA DE ARRANQUE CON RELE DE TENSION

Cuando la velocidad de giro es del 85% aproximadamente, la corriente inducida en el rele es lo suficientemente elevada como para abrir los contactos y dar por finalizado el arranque.

MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS

Estos motores instalan tres devanados en el estator, desplazados 120geomtricos entre s, que al serles aplicado un sistema de tensiones crean un campo magntico constante y giratorio que arrastra el eje del motor.


Bsicamente estos motores estn constituidos por:

- Una corona estatrica de chapas magnticas aisladas entre s, prensadas y sujetas a una carcasa de hierro.- Un devanado trifsico alojado en las ranuras del estator.- Un eje o corona rotorica de chapas apiladas, directamente sobre el eje.


Para la formacin de un campo rotatorio puro se requieren bsicamente 2 condiciones:

1 En el estator debe haber regularmente distribuidos tres juegos de bobinas distanciadas entre s 120.

2 Por las tres fases debe circular corriente alterna de onda senoidal. Las tres estn desfasadas entre s 120, es decir, que se trata de corriente alterna trifsica.

MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOSCreacin del campo magntico

El campo giratorio se forma como suma de los campos alternos de las tres fases de una corriente alterna trifsica. El valor y sentido instantneos de estas corrientes modifican la polaridad del campo giratorio. La induccin y el flujo permanecen constantes, por ser la suma de las intensidades de las tres fases y su efecto magntico. El campo gira en el sentido de las agujas del reloj cuando evolucionan correlativamente R,S,T en este orden, cuando se cambian dos de las tres fases el sentido de giro cambia.

- La velocidad de giro del campo es sincrona con lafrecuencia.


La velocidad del campo rotatorio la determinan la frecuencia y la polaridad (Numero de pares de polos).

- 3000rpm. Y 1 par de polos originan en un alternador 50 Hz.- 50 Hz y 1 par de polos originan en un motor un campo rotatorio

de 3000 rpm.Con una frecuencia de 50 Hz se obtienen los valores siguientes:

La velocidad mxima que se puede obtener con 50 Hz es de 3000rpm. Cuando se requieren velocidades mayores se recurre al empleo de variadores de velocidad, llegando estos a 500 Hz.

MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOSConexionado y caja de bornes

Un devanado consiste en un conjunto de bobinas de hilo de cobre. Los tres devanados de un motor trifsico los podemos conectar en estrella o en triangulo a travs de unas pletinas de cobre, segn sea la tensin trifsica disponible.Los seis extremos de los devanados que forman el estator salen al exterior del motor a travs de la caja de bornes, cuya configuracin standard es:

MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOSConexionado y caja de bornes

El conjunto de devanados tienen un principio y un final para realizar su conexin elctrica y suelen estar marcados en el motor siguiendo el abecedario con las letras U,V,W, que pueden corresponder a los principios o finales de los devanados, igual que X,Y,Z para el otro extremo.

CONEXIONADO Y CAJA DE BORNESESTRELLA

Si unimos solamente los tres principios de los devanados, hemos hecho una conexin en estrella, igual que si uniramos los tres finales.

En este montaje los devanados no estn sometidos a la tensin de la lnea sino a tensin de fase o laraz de tres de la tensin de lnea.

CONEXIONADO Y CAJA DE BORNESTRIANGULO

Para conectar los tres devanados en tringulo, unimos el principio de cada uno de ellos con el final del otro, formando as una cadena cerrada. La tensin de red se aplica directamente a cada devanado, y las pletinas de cobre se conectan como se muestra:

CONEXIONADO Y CAJA DE BORNES

En cualquiera de las conexiones, estrella o tringulo, los tres conductores de lnea o fases, se designan con las letras R, S, T.Si en la alimentacin designamos R, S, T a los bornes U, V, W es seguro que el motor girar a derecha mirando el eje de frente, pero si cambiamos dos de las fases invertir el giro.Una vez puesto en marcha un motor trifsico hay que comprobar siempre el sentido de giro, en especial en ventiladores, compresores y bombas.

CONEXIONADO Y CAJA DE BORNES

La proteccin directa de los bobinas se realiza por medio de sondas termistoras sensibles a la temperatura que van incorporadas en el interior de las bobinas. Las sondas son conductores trmicos de conductancia fra, o sea, que son termistores cuya resistencia se eleva bruscamente ante una temperatura de referencia llamada temperatura nominal de funcionamiento, que por lo general no debe pasar de 110 aproximadamente.En el caso de los motores elctrico de los compresores frigorficos estos termistores se conectan en la caja de conexiones con un R.P.I, rele de proteccin interna.

SENTIDO DE GIRO EN COMPRESORES

En los compresores alternativos no influye para nada el orden deconexin de las fases, ya que an que gire el motor en un sentido o en otro, este movimiento rotativo lo traduce la biela en un movimiento alternativo (pistn) de dos fases: Admisin y escape.Sin embargo en los compresores rotativos y de scroll es muy importante el sentido de giro, puesto que si giran las paletas en sentido contrario, el compresor no comprime y el sistema de lubricacin no lubrica produciendo un agarrotamiento en la cmara de compresin.

CONEXIONES DE MOTORES TRIFASICOS A SISTEMAS MONOFASICOS

En determinadas ocasiones accidentalmente nos encontramos motores trifsicos cuando en realidad tenia que ser monofsico. En el grafico vienen alguna de las maneras de conectar un condensador para conseguir que funcione el motor.

En tringulo En estrella

Con 75 F a la tensin de 230 v., o 25 F a 400, se obtieneaproximadamente 1/3 del par de arranque.

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS

Durante la puesta en marcha de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar una cada de tensin que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente cuando la seccin de alimentacin es un poco justa. Algunos reglamentos prohben el arranque directo de motores hasta cierta potencia, puntualizando que los de jaula de ardilla son los unidos que s podran hacerlo.Dado que las caractersticas del rotor del motor viene definidas por el fabricante, los distintos modelos de arranque consisten principalmente en hacer variar la tensin en los bornes del estator, que es una parte accesible del motor.

ARRANQUE DIRECTO

Se trata del modo de arranque ms sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El motor se basa en sus caractersticas naturales para arrancar.En el momento de la puesta bajo tensin, el motor acta como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco resistente del rotor est en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es proporcional a la del estator y en este tipo de arranques es importante.Por tanto, se obtiene una punta de corriente importante en la red:

IARRANQUE = 5 A 8 INOMINAL

ARRANQUE DIRECTO

A pesar de las ventajas que conlleva solo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:1. Cuando la potencia del motor es dbil con respecto a la red y no transmite perturbaciones importantes a la misma.2. Si la mquina accionada no requiere un aumento de velocidad y est protegida contra arranque bruscos.3. Que se necesite un buen par de arranque.Por el contrario si el arranque de la maquina provoca perturbaciones a la red, la maquina necesite arranques paulatinos o por seguridad, ser imprescindible recurrir a otros arrancadores para disminuir la corriente solicitada o el par de arranque. En estos casos el medio ms utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensin reducida.

ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO

Solo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada uno de los tres devanados estatoricos vuelvan a la placa de bornas.Por otra parte, el bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en tringulo corresponda con la tensin de la red.El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensin de la red.

La punta de corriente durante el arranque es:IARRANQUE = 1,5 A 2,6 INOMINAL

El par de arranque se reduce considerablemente.

ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO

ARRANQUE DE MOTORES DE DEVANADOSPARTIDOS PART-WINDING

Este tipo de motor est dotado de un devanado estatricodesdoblado en dos devanados paralelos con seis o doce bornes de salida. Equivale a dos medios motores de igual potencia.


Durante el arranque, un solo medio motor se acopla en directo a plena tensin a la red, lo que divide aproximadamente por dos tanto la corriente de arranque como el par. No obstante, el par es superior al que proporcionara el arranque estrella-tringulo de un motor de jaula de igual potencia.


Al finalizar el arranque, el segundo devanado se acopla a la red. En ese momento, la punta de corriente es dbil y de corta duracin, ya que el motor no se ha separado de la red de alimentacin y su deslizamiento ha pasado a ser dbil.

Este sistema, poco utilizado en Europa, es muy frecuente en el mercado norteamericano.


Funcionamiento del circuito de potencia

Cierre manual de Q1.(proteccininstalada en cabecera)Cierre de KM1.Cierre de KM2.

Caractersticas:

Q1: calibre In motor.KM1-KM2: calibre In motor / 2.F2-F3: calibre In motor / 2.


Funcionamiento del circuito de controlImpulso en S2.(Marcha)Cierre de KM1.Enclavamiento de KM1 (13-14).Cierre de KM2 por KM1 (67-68).

TABLA COMPARATIVA DE ARRANCADORES

Mquinas en vaco.(Ventiladores,

bombas, etc.

Mquinas con poca carga.(Compresores

frigorficos)

Pequeas mquinas, aunque arranquen a plena

carga.

Aplicaciones

3-7 seg.3-6 seg.2-3 seg.Tiempos de arranque

Par de arranque debil, sin posibilidad de ajustes, corte en

el arranque.

Sin posibilidad de ajuste, motor

especial

Punta de arranque brutal

Inconvenientes

Econmico, buena relacin

par/corriente

Par de arranque importante, sin corte

durante el mismo.

Simple, econmicoVentajas

33%50%100%Par de arranque

1,3 a 2,6 In2 a 4 In4 a 8 InSobrecarga de lnea

33%50%100%Corriente de arranque

ESTRELLA-TRIANGULO

PART-WINDINGARRANQUE DIRECTO

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