UNIDAD 2.-
ARRANCADORES PARA MOTORES DE CORRIENTE
ALTERNA TRIFASICOS
2.1 CONTROL A DOS Y TRES HILOS.
2.2 CONTROL SEPARADO.
2.3 CONTROL MANUAL-FUERA-AUTOMÁTICO.
2.4 ARRANQUE A TENSIÓN PLENA.
2.5 MÉTODOS DE ARRANQUES A TENSIÓN REDUCIDA (AUTOTRANSFORMADOR,
ESTRELLA-DELTA, RESISTENCIA PRIMARIA Y RESISTENCIA SECUNDARIA, BOBINADO
BIPARTIDO).
2.6 INVERSIÓN DE GIRO.
2.7 AVANCE GRADUAL.
2.8 FRENADO.
INTRODUCCION
Para comenzar estas unidades debemos de saber en que
consiste un arrancador. El arrancador consiste
en su forma más simple en un dispositivo que conecta y desconecta un motor de
la red y que además realiza funciones de protección contra sobrecarga del
motor.
Se hallan catalogados entre los tipos siguientes:
·
Arrancador con dispositivos térmicos para pequeños
equipos monofásicos.
·
Arrancadores manuales directos de los size “0” y “1” para
motores monofásicos y trifásicos.
·
Arrancador a tensión reducida mediante autotransformador
para grandes motores.
·
Arrancador automático.
Este tipo de arrancador es llamado también arrancador
electromagnético, consta de un contactor con la adicción de un control
protector.
Uno de los
métodos más sencillos de arranque es el llamado interruptor de acción rápida de
“cerrado—abierto” en este tipo de arrancador el motor se conecta directamente a través de una línea durante el
arranque lo cual es válido para motores monofásicos pequeños
hasta de 1 HP, esto se puede lograr también con un simple desconectador
de navajas, pero en este caso no se tiene protección contra sobrecarga.
2.1 Control de Dos y
Tres Hilos
Los
motores eléctricos, en general, basan su funcionamiento en las fuerzas
ejercidas por un campo electromagnético y creadas al hacer circular una
corriente eléctrica a través de una o varias bobinas. Si dicha bobina,
generalmente circular y denominada estator, se mantiene en una posición
mecánica fija y en su interior, bajo la influencia del campo electromagnético,
se coloca otra bobina, llamada rotor, recorrida por una corriente y capaz de girar
sobre su eje, esta última tenderá a buscas la posición de equilibrio magnético,
es decir, orientará sus polos NORTE-SUR hacia los polos SUR-NORTE del estator,
respectivamente. Cuando el rotor alcanza esta posición de equilibrio, el
estator cambia la orientación de sus polos, aquel tratará de buscar la nueva
posición de equilibrio; manteniendo dicha situación de manera continuada, se
conseguirá un movimiento giratorio y continuo del rotor y a la vez la
transformación de una energía eléctrica en otra mecánica en forma de movimiento
circular.
Aun basado en el mismo fenómeno, el principio de
funcionamiento de los motores de corriente continua, los motores paso a paso
son más sencillos si cabe, que cualquier otro tipo de motor eléctrico.
Inicialmente,
sin aplicar ninguna corriente a las bobinas (que también reciben el nombre de
fases) y con M en una posición cualquiera, el imán permanecerá en reposo si no
se somete a una fuerza externa.
Si
se hace circula corriente por ambas fases como se muestra en la Figura 1(a), se
crearán dos polos magnéticos NORTE en la parte interna, bajo cuya influencia M
se desplazará hasta la posición indicada en la dicha figura.
Si
invertimos la polaridad de la corriente que circula por L1 se obtendrá la
situación magnética indicada en la Figura 1(b) y M se verá desplazado hasta la
nueva posición de equilibrio, es decir, ha girado 90 grados en sentido
contrario a las agujas del reloj.
Invirtiendo
ahora la polaridad de la corriente en L2, se llega a la situación de la Figura
1 (c) habiendo girado M otros 90 grados. Si, por fin, invertimos de nuevo el
sentido de la corriente en L1, M girará otros 90 grados y se habrá obtenido una
revolución completa de dicho imán en cuatro pasos de 90 grados.
Por
tanto, si se mantiene la secuencia de excitación expuesta para L1 y L2 y dichas
corrientes son aplicadas en forma de pulsos, el rotor avanzará pasos de 90
grados por cada pulso aplicado.
Por
lo tanto es podemos decir que un motor paso a paso es un dispositivo
electromecánico que convierte impulsos eléctrico en un movimiento rotacional
constantes y finito dependiendo de las características propias del motor.
El
modelo de motor paso a paso que hemos analizado, recibe el nombre de bipolar ya
que, para obtener la secuencia completa, se requiere disponer de corrientes de
dos polaridades, presentando tal circunstancia un inconveniente importante a la
hora de diseñar el circuito que controle el motor. Una forma de paliar este
inconveniente es la representada en la Figura 2, obteniéndose un motor unipolar
de cuatro fases, puesto que la corriente circula por las bobinas en un único
sentido.
Si
inicialmente se aplica la corriente a L1 y L2 cerrando los interruptores S1 y
S2, se generarán dos polos NORTE que atraerán al polo SUR de M hasta encontrar
la posición de equilibrio entre ambos como puede verse en la Figura 2(a). Si se
abre posteriormente S1 y se cierra S3, por la nueva distribución de polos
magnéticos, M evoluciona hasta la situación representada en la Figura 2(b).
2.2 CONTROL SEPARADO
El arranque a voltaje
pleno algunas veces, los arrancadores están equipados con pequeños
transformadores reductores para separar el circuito de potencia
del circuito de control. Las conexiones para control no se hacen en L1 y
L2, ya que se toman de una fuente separada independiente de la energía
principal de alimentación al motor
2.3 CONTROL DE MANUAL-FUERA-AUTOMATICO
MANUAL: Este tipo
de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que está colocada la
máquina. Este control es el más sencillo y conocido y es generalmente el
utilizado para el arranque de motores pequeños a tensión nominal. Este tipo de
control se utiliza frecuentemente con el propósito de la puesta en marcha y
parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de
un arrancador electromagnético equivalente. E arrancador manual proporciona
generalmente protección contra sobrecarga y desenganche de tensión mínima, pero
no protección contra baja tensión.
Este tipo de
control abunda en talleres pequeños de metalistería y carpintería, en que se
utilizan máquinas pequeñas que pueden arrancar a plena tensión sin causar
perturbaciones en las líneas de alimentación o en la máquina. Una aplicación de
este tipo de control es una máquina de soldar del tipo motor generador.
El control manual
se caracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o
pulsar un botón para que se efectúe cualquier cambio en las condiciones de
funcionamiento de la máquina o del equipo en cuestión.
SEMI-AUTOMATICO:
Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador
electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como
pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos
análogos. Quizás los mandos más utilizados son las combinaciones de pulsadores
a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente económica. El
control semi-automático se usa principalmente para facilitar las maniobras de
mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible.
La clave de la
clasificación como en un sistema de control semiautomático es el hecho de que
los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del
motor es de tipo electromagnético.
CONTROL
AUTOMATICO: Un control automático está formado por un arrancador
electromagnético o contactor controlado por uno o más dispositivos pilotos
automáticos. La orden inicial de marcha puede ser automática, pero generalmente
es una operación manual, realizada en un panel de pulsadores e interruptores.
En algunos casos
el control puede tener combinación de dispositivos manuales y automáticos. Si
el circuito contiene uno o más dispositivos automáticos, debe ser clasificado
como control automático.
Los contactores
son dispositivos electromagnéticos, en el sentido de que en ellos se producen
fuerzas magnéticas cuando pasan corrientes eléctricas por las bobinas del hilo
conductor que estos poseen y que respondiendo a aquellas fuerzas se cierran o
abren determinados contactos por un movimiento de núcleos de succión o de
armaduras móviles.
- Control automático, fuera y
manual de un motor trifásico
Material:
- 1 Switch de límite
- 1 Switch de nivel
- 1 Interruptor de tambor
- 1 Arrancador magnético
- 2 Estaciones de botones
- 1 Luces piloto
- 35 Terminales
- 1 Multímetro
- 1 Motor trifásico
Funcionamiento:
Al energizar el
circuito, se encontrará en la posición fuera, entonces la corriente pasará por
el contacto normalmente cerrado de
y se energizará la luz
roja. Indicando que el motor esta fuera de servicio.
2.4 ARRANQUE A TENSIÓN PLENA
Se dice que un motor arranca en forma directa
cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar.
Si el motor arranca a plena carga, el bobinado
tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que
hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y
como consecuencia directa se produzca una caída de tensión. La intensidad de
corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces
mayores que la corriente nominal del motor. Su principal ventaja es el elevado
par de arranque: 1,5 veces el nominal.
Siempre que sea posible conviene arrancar los
motores a plena tensión por la gran cupla de arranque que se obtiene, pero si
se tuvieran muchos motores de media y gran potencia que paran y arrancan en
forma intermitente, se tendrá un gran problema de perturbaciones en la red
eléctrica.
2.5
MÉTODOS DE ARRANQUE POR REDUCCIÓN DE TENSIÓN
Los
siguientes métodos de arranque que vamos a analizar reducen la tensión de
alimentación pero no modifican la frecuencia. Como consecuencia, el cociente
entre el par y la corriente es reducido.
Arranque
Estrella-triángulo:
Este
método puede ser utilizado para motores con bobinados 400Vac. En funcionamiento
normal, los devanados están conectados en triángulo, pero en los primeros
instantes del arranque se conectan en estrella. Esto reduce la tensión en bornes
de los devanados al 57%, y el par de arranque al 33%. Este método tiene la
ventaja de mantener constante el cociente entre el par del motor y la
corriente.
Este
método requiere dos contactores, y un relé retardado si el arranque es
automático. Durante la transición de estrella a triángulo, el motor está
desconectado durante unos instantes, lo que produce una pérdida momentánea del
par y un pico de corriente en la reconexión.
Arranque con
autotransformador:
Un
arranque por autotransformador se realiza mediante un autotransformador con
varias salidas. Al principio, el motor se conecta a la salida de menor tensión,
conmutando a continuación a salidas de voltaje superior a medida que la
velocidad se incrementa hasta llegar a la tensión nominal. Normalmente se
realizan dos o tres etapas. Cada etapa requiere un contactor, que necesita ser
controlado mediante un relé retardado en el caso de un arranque automático.
Este método desconecta momentáneamente el motor en cada salto, lo que provoca
picos de corriente y pérdidas transitorias de par. Una ventaja de este método
es el reducido valor de la corriente debido al efecto transformador.
ARRANQUE CON RESISTENCIAS
El arranque por resistencia se realiza cuando la carga
del motor no demanda un par elevado al arranque, ya que este tipo de arranque,
tiene el par más bajo de todos los casos analizados anteriormente. Se pueden
tener 2, 3 o 4 puntos de arranque según se requiera. El bloque de resistencias
sufre calentamiento durante el proceso de arranque y pueden dañarse, si no, se
da tiempo a que se disipe el calor. Por lo cual, está limitado él número de
arranques / hora que se pueden realizar, dependiendo de la refrigeración de las
resistencias. En la figura 50, se muestra el diagrama de fuerza de un arranque por
resistencia con dos puntos de arranque y en la figura 51, se tiene su diagrama
del control.
Funcionamiento del circuito
de control:
Cuando presionamos el botón pulsador S2 se energiza la
bobina del contactor
KM1 y la del temporizador KT1, un contacto auxiliar de
KM1 colocado en la rama 2
Enclava el circuito. Con lo cual el motor queda
conectado a las resistencias de arranque y las terminales del motor reciben un
voltaje reducido en el arranque. Cuando el Temporizador alcanza su valor de
tiempo prefijado se cierra su contacto auxiliar colocado en la rama 3, con lo
cual, se energiza la bobina del contactor KM2, desenclava a KM1 por medio del
contacto auxiliar KM2 de la rama 1 y se enclava con el auxiliar KM2 de la rama
4 y de esta forma el motor queda conectado al voltaje total de las líneas. Es
importante que el motor ya haya superado un 80% de la velocidad nominal.
Figura 51 Diagrama de control para el arranque a baja tensión con resistencias
ARRANQUE CON RESISTENCIAS
PRIMARIA
Este tipo de arranque se utiliza para reducir la intensidad de arranque.
El funcionamiento es similar al anterior expuesto. Es decir, en una primera
instancia, entran en funcionamiento las resistencias y en una segunda
instancia, el motor es alimentado directamente. Para este proceso se utiliza
dos contactores y un temporizador.
ARRANQUE CON RESISTENCIA
SECUNDARIA
En este tipo de arranque se coloca una sola resistencia en una de las
fases, es indiferente la fase que se elija. El valor de la resistencia debe de
suministrarlo el propio fabricante del motor.
ARRANQUE EMBOBINADO BIPARTIDO.
Los motores trifásicos con devanado bipartido de
inducción son muy similares a los motores con devanado normal, solo que, estos
tienen en el estator dos devanados iguales y por lo tanto se pueden conectar en
secuencia a la red de alimentación. Esta característica del devanado permite
limitar la corriente y el par de arranque en motores de hasta 500 C P a 440 V.
Estos motores se emplean para proteger, impulsar y
controlar cargas centrífugas, en sistemas de acondicionamiento de aire y en
general donde se requiera limitar la corriente y el par de arranque. En el
diagrama de la figura 52 se muestra el diagrama de fuerza, y como se puede ver,
este se compone de dos contactores iguales, dos relevadores de sobre carga del
mismo rango de ajuste.
Figura 52 Diagrama de fuerza para el arranque de un motor con devanado bipartido
En la figura 53, se muestra el diagrama de control
para el motor con devanado bipartido, como se puede ver los contactos
auxiliares de los relevadores de sobrecarga están en serie (F1 y F2) y se
requiere de un temporizador para que realice el cambio automático de la
conexión. Cuando presionamos el pulsador S2 se energiza la bobina del contactor
KM1, el motor arranca y se enclava por medio de su contacto auxiliar colocado
en la rama 2, al mismo tiempo se energiza la bobina del temporizador y empieza
a transcurrir el tiempo. Cuando el temporizador alcanza su valor prefijado de
tiempo, que es ajustado para que el motor alcance el 80% de su velocidad, sus
contactos auxiliares cambian de estado y se cierra el circuito de la rama tres
a través de KT1, se energiza el contactor KM2 y se enclava a través de su
contacto auxiliar de la rama 4. Con lo cual, se realiza la conmutación de los
devanados y el motor queda trabajando normalmente, hasta que se presione el
botón de paro S1 o se abra F1 o F2 por una sobrecarga.
Figura 53 Diagrama de control para el motor con devanados bipartido
2.6 INVERSIÓN DE GIRO
2.8 FRENADO
El estudio de este fenómeno
para cada caso particular tiene una gran importancia práctica, ya que la
elección correcta de las características de los motores y variadores a instalar
para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades
de éste producto.
La regulación de velocidad
puede realizarse por métodos mecánicos, como poleas o engranajes, o por medios
eléctricos.
La máquina de inducción
alimentada con corriente C.A., especialmente la que utiliza un rotor en jaula
de ardilla, es el motor eléctrico más común en todo tipo de aplicaciones
industriales y el que abarca un margen de potencias mayor. Pero no basta
conectar un motor a la red para utilizarlo correctamente, sino que existen
diversos elementos que contribuyen a garantizar un funcionamiento seguro.
La fase de arranque merece una
especial atención. El par debe ser el necesario para mover la carga con una
aceleración adecuada hasta que se alcanza la velocidad de funcionamiento en
régimen permanente, procurando que no aparezcan problemas eléctricos o
mecánicos capaces de perjudicar al motor, a la instalación eléctrica o a los
elementos que hay que mover.
El motor de corriente alterna,
a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la
mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un
motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico
depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación.
Como la frecuencia de alimentación que entregan las Compañías de electricidad
es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que
se varíe el número de polos, el resbalamiento o la frecuencia.
El método más eficiente de
controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador
electrónico de frecuencia. No se requieren motores especiales, son mucho más
eficientes y tienen precios cada vez más competitivos.
El variador de frecuencia
regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su
velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio de frecuencia, debe
variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturación del flujo
magnético con una elevación de la corriente que dañaría el motor.
CONCLUSION
En conclusión aprendimos que los arrancadores
tienen distintas aplicaciones industriales para los motores
de corriente alterna y diferentes
aplicaciones en sus diferentes clasificaciones.
Estos se pueden encontrar en: ventilación, refrigeración, aire
acondicionado, bombeo, molinos, medios transportadores, etc.
BIBLIOGRAFIA
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