preinforme v7, v8 y v9

Universidad Nacional de Colombia. Espitia, Guepud, Ibarra, Mendieta. Preinforme V7, V8 y V9. Grupo 2

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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


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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.


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]


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






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.


Conecte el u2 y v2.

Corto entre v2 y w2.







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






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.


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


Conecte w1 del arrancador estrella-triangulo a w1


Conecte u2 del arrancador estrella-triangulo de u2


Conecte v2 del arrancador estrella-triangulo para v2


Conecte w2 del arrancador estrella-triangulo para

w2 de los terminales del motor.




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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.

preinforme v7, v8 y v9

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