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metodo de arranque de un motor de induccion (metodo de resistencia y reactancias sincronicas)TRANSCRIPT
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UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
PROYECTO GRUPAL DE MQUINAS ELCTRICAS III
GRUPO # 3 ING. JIMMY VELEZ
PORTOVIEJO, 08 DE JUNIO DE 2015
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TEMA;
Mtodos de arranques de motores trifsicos asncronos; Mtodo de arranque por resistencia y reactancia
estatrica
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OBJETIVOS.
GENERAL.-
Analizar el funcionamiento de arranque de los motores trifsicos por
resistencia y reactancia estatrica.
ESPECIFICO.-
Determinar la corriente de arranque.
Determinar el par de arranque.
Indicar el rango de potencia.
Analizar la curva caractersticas.
Realizar diagramas elctricos.
Determinar las ventajas y desventajas
Determinar el clculo de la resistencia
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INTRODUCCION.
Contrariamente a las mquinas sncronas empleadas normalmente como generadores, las
mquinas asncronas han encontrado su principal aplicacin como motores, debido a la
sencillez de su construccin. El motor asncrono trifsico es hoy el motor usual de
accionamiento en todas las redes de distribucin.
Los motores asncronos o de induccin son un tipo de motores elctricos de corriente alterna.
El primer prototipo de motor elctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue
desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute
of Electrical Engineers (en espaol, Instituto Americano de Ingenieros Elctricos,
actualmente IEEE) en 1888.
El motor asncrono trifsico est formado por un rotor, que puede ser de dos tipos:
a) de jaula de ardilla
b) bobinado
Y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifsicas y
estn desfasadas entre s 120. Segn el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas
circula un sistema de corrientes trifsicas, se induce un campo magntico giratorio que
envuelve al rotor. Este campo magntico variable va a inducir una tensin en el rotor segn
la Ley de induccin de Faraday.
http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elme/elme.shtml#induccionhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/riel/riel.shtml#corrhttp://www.monografias.com/trabajos30/nikola-tesla-cientifico-sabio/nikola-tesla-cientifico-sabio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/oriespa/oriespa.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml -
MARCO TEORICO REFERENCIAL.
MTODO DE ARRANQUE UTILIZANDO RESISTENCIA Y REACTANCIA ESTATRICA EN EL PRIMARIO
Este mtodo de arranque consiste en conectar el motor a la lnea mediante una resistencia o
reactancia en serie en cada una de las fases en un solo tiempo, ya estando en serie cada una
de las resistencias con el estator o del primario se reduce la corriente de arranque, la elevada
corriente de arranque produce una inmediata reduccin de la tensin en los terminales del
estator.
Los acoplamientos elctricos de los devanados respecto a la red no se modifica durante el
arranque, la corriente de lnea disminuye solamente en proporcin a la disminucin de tensin
aplicada al motor y el par motor disminuye proporcionalmente al cuadrado de la tensin
aplicada a los terminales del estator. Y para producir una reduccin suficiente de la tensin
del estator en el momento del arranque, pueden utilizarse o bien resistencias o bien bobinas
de reactancia. En este arranque se denomina aceleracin de la impedancia del primario.
Cuando se utiliza la resistencia primaria o reactancia primaria hay una reduccin de tensin
en el estator al momento del arranque, se produce la reduccin del par. Cuando acelera el
motor, la tensin entre los terminales del estator aumenta debido a la reduccin de la corriente
de lnea es decir menor cada de tensin la impedancia serie y el par aumenta segn el
cuadrado de la elevacin de tensin.
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El arranque a tensin reducida mediante una resistencia en serie en el estator mejorara el
factor de potencia en el arranque, pero se producen perdidas algo mayores y el par mximo no
ser tan grande para la misma impedancia en serie que se obtiene utilizando una reactancia
equivalentes.
La tensin aplicada en los bornes del motor no es constante durante el perodo de aceleracin.
La intensidad, mxima cuando se pone el motor en tensin, disminuye a medida que el motor
acelera; la cada de tensin en las bornes de la resistencia disminuye y la tensin en los
bornes del motor aumenta progresivamente.
Como el par es proporcional al cuadrado de la tensin, los valores obtenidos del par son ms
elevados, para un par inicial dado, que con un sistema que suministra una tensin reducida de
valor fijo.
La velocidad va aumentando progresivamente y sin cambios bruscos. Por otra parte, es posible
modificar los va-lores de la intensidad y del par de arranque adaptando la resistencia.
El arranque estatrico por resistencia es conveniente para realizar el arranque de las mquinas
con par resistente creciente o cerca de la mitad del par nominal e incluso en las mquinas
potentes y de gran inercia. La resistencia se puede graduar en secciones para limitar la
corriente de arranque a un valor promedio segn las normas de la compaa y el par que necesita
la mquina de carga.
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CIRCUITO DE ARRANQUE POR RESISTENCIA O REACTANCIA
ESTATRICAS EN EL PRIMARIO.
Los arrancadores de resistencias manuales de diferentes posiciones son normalmente del
tipo de disco. En los arrancadores de contactor se puede disponer uno de estos para obtener
una aceleracin adicional cortocircuitando la resistencia de arranque. Corrientemente, sin
embargo se emplea solamente una seccin de la resistencia que se cortocircuita cuando el
motor adquiere la velocidad deseada.
Un motor dado desarrolla el mismo par de arranque a una tensin reducida ya sea mediante
autotransformador o mediante resistencias de arranque.
Sin embrago, mediante este ltimo mtodo, el motor puede acelerarse casi hasta la velocidad
nominal, porque a medida que la velocidad aumenta la corriente disminuye y la cada de tensin
en las resistencias tambin, aumentando la tensin aplicada y el par. Con este mtodo la
corriente de arranque es proporcional a la reduccin de tensin y el par lo es al cuadrado de la
tensin. Por lo tanto si se compara el funcionamiento del motor de otra clase con resistencias
de arranque para el 65 % de tensin, la corriente de arranque seria:
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5 veces la corriente nominal
93 % del par nominal
El nmero de arranques queda limitado por la potencia de sus resistencias y, como estas deben
soportar la corriente rotrica con el motor parado, su precio y sus dimensiones fsicas tienden
a limitar su empleo con motores de baja potencia.
Cuando se necesita un arranque suave y gran par de arranque se puede conseguir esto mediante
una resistencia nica en cada una de las fases del estator. Cuando la resistencia tiene varios
terminales se puede elegir el par de arranque mediante la posicin del selector de las
resistencias. Este mtodo se emplea con motores de jaula de ascensores pequeos, donde,
debido a la corta duracin del periodo de carga, la resistencia se deja a menudo
permanentemente al circuito
Esta forma de arranque de motores, se utiliza para la puesta en marcha de motores de
mediana y gran potencia cuyo par resistente en el arranque es bajo.
CARACTERSTICAS DEL ARRANQUE POR RESISTENCIAS
ESTATRICAS;
N punto de arranque Tensin en motor
con 1er punto
Corriente absorbida
con 1er punto
Par de arranque en el
1er punto
2 58% De VL 58% de Ia 33% del par
3 52% De VL 52% de Ia 27% del par
4 47% De VL 47% de Ia 22,5% del par
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CLCULO DE LA RESISTENCIA POR FASE
=,
Rf= resistencia de fase.
VL= tensin de la lnea.
In= Intensidad nominal de motor
DATOS NECESARIOS PARA HACER EL CLCULO DEL EQUIPO DE
ARRANQUE
Arranque con un sentido de giro o con inversin de giro.
Tensin y frecuencia de la red.
Potencia del motor.
Intensidad de motor (nominal).
Nmero de puntos de arranque.
Tipo de mquina a accionar.
Nmero de maniobras por hora.
Intervalo entre los arranques consecutivos
Este tipo de arranque no presenta algunos de los inconvenientes que se dan en la conexin Y-
D, tal y como se indica:
Al pasar de un punto de resistencia a otro, no hay cortes de la corriente que alimenta
al motor.
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El par de arranque crece ms rpidamente con la velocidad.
Las puntas de intensidad tambin son ms reducidas.
Esta forma de arranque se utiliza para motores trifsicos con rotor en cortocircuito.
Duracin media del arranque: de 7 a 12 segundos.
Se utiliza esta forma de arranque para mquinas con fuerte inercia, sin problemas
especficos originados por su par e intensidad de arranque.
No hay corte de corriente al pasar de un punto a otro, como sucede en D-Y.
La intensidad de arranque puede llegar hasta 4,5 In.
APLICACIONES HABITUALES
Mquinas de elevada inercia sin problemas especiales de par ni de corriente en el arranque
DEMOSTRACION DEL PAR DE ARRANQUE POR RESISTENCIA
ESTATORICA
Pa= m2E2I2cos2=Pcu2/S
Pcu2= m2I22R2= m1I22R2
Admitiendo, en primera aproximacin, I2 = I1, tendremos:
Pa= m1I12R`2/S = K (I12/S)
El par nominal, correspondiente a la corriente y al resbalamiento nominal del motor Sn ser:
Pan= K (In2/S)
Y el par de arranque, con la corriente de arranque Ia y el resbalamiento igual a uno:
Paa = K I2a
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La relacin entre el par de arranque y el nominal resulta ser:
=
2
2= 2
En el caso del arranque directo, sin restato alguno interpuesto:
Ia =I cc
Y en consecuencia:
= (
)2 Sn
En un motor cuya relacin
sea igual a 6 y el resbalamiento nominal, a plena carga 4%,
la relacin anterior nos dara:
= 62 X 0,04 =1,44
Si por imposicin se tuviera que limitar la corriente de arranque a un valor igual a dos veces
la corriente nominal, a=2, la relacin anterior se reducir a:
= 0,04x 22= 0,16
se comprende, al ser tan exiguo este valor, que este mtodo de arranque se utilice solo en los
casos de arranque en vacio, o para motores muy pequeos en los que el resbalamiento nominal
es del orden del 6% al 8% y el par de arranque exigido del orden de la mitad del nominal como
mximo.
Es fcil comprobar que el par de arranque es proporcional al cuadrado de la tensin aplicada a
los bornes de deducir:
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Paa= KI2a
Por otra parte, la corriente de arranque podemos expresarla, segn el circuito equivalente de la
mxima, por:
=
En donde V1m es la tensin aplicada al estator de motor y Zcc la impedancia de cortocircuito,
luego:
= (1
)2 =K V2 1m
Cualquier mtodo que reduzca la tensin aplicada al estator del mtodo reducir la corriente
derivada de la tensin y el par. La corriente en la misma relacin que se reduce la tensin y
el par en relacin cuadrtica.
NOMENCLATURA
Ia= Corriente fase a. Corriente devanado auxiliar
Pa= Potencia electromagntica transferida al rotor
2 = ngulo de desfasaje del rotor
Pan= Par nominal en vatios-sncronos
Paa= Par de arranque en vatios sncronos
Icc= Corriente de cortocircuito
V1m= Tensin aplicada al estator por fase
-
K= Constante. Nmeros de ranuras
I1= Corriente del primario o del estator. Corriente sistema directo
I2= Corriente del secundario o del rotor. Corriente sistema inverso
R2= Resistencia por fase del secundario, reducida al primario.
Pcu1= perdidas en el cobre del primario o del estator.
m1= Nmero de fases del primario (estator)
m2 = Nmero de fases del secundario (rotor)
CURVA DEL ARRANQUE
Esta es la curva del efecto de la impedancia del estator, se muestra el par-deslizamiento o
resbalamiento del motor a plena carga y va a ver la misma impedancia, la corriente y el par
de arranque en el momento del arranque son iguales en el arranque por resistencia y por
reactancia.
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EXPLICACIN DE LA CURVA DE ARRANQUE BAJO TENSIN
REDUCIDA POR REACTANCIA
Este modo de arranque (ver esquema de potencia) es el modo ms simple de reducir la punta
de corriente en la red; el par motor de arranque es pequeo y por ello las mquinas arrastradas
deben tener un par resistente relativamente dbil durante la fase de lanzamiento:
compresores, bombas centrfugas, grupos convertidores, etc. En efecto, el par de un motor
asncrono vara segn el cuadrado de la tensin de alimentacin, y la corriente absorbida es
proporcional a esta tensin.
` = (
)2
Siendo:
P`d= Par de arranque a tensin reducida
Pn= Par de arranque con tensin nominal
Vd= Tensin de arranque reducida
Vn= Tensin nominal de funcionamiento
" = (
)
Siendo:
" = corriente de arranque a tensin reducida
Ia=corriente de arranque con tensin nominal
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Estas relaciones se escriben tambin en valores relativos en base a las caractersticas
nominales:
"
=
.
La curva de la figura dan las variaciones de las relaciones en funcin de la relacin
La tensin en bornes del motor se aumenta progresivamente en el curso del arranque: el
lanzamiento obtenido es suave.
Funcionamiento y esquema de principio
Primer tiempo marcha con tensin reducida por el cierre de CL: contactor de lnea,
Segundo tiempo marcha nominal por el cierre de Cc: contactor de cortocircuito.
CURVA DE ARRANQUE BAJO TENSIN REDUCIDA POR REACTANCIA
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ETAPAS DEL ARRANQUE
La puesta en marcha o arranque en dos o ms etapas:
PRIMERA ETAPA. RESISTENCIA INTERCALADA ENTRE EL MOTOR Y
LA LNEA.
Conexin del motor en estrella o tringulo, segn la tensin de lnea, y acoplamiento a travs
de unas resistencias intercaladas entre la lnea de alimentacin y el motor
En el siguiente esquema que se observa la punta de intensidad en el arranque se reduce en la
misma proporcin en que queda reducida la tensin compuesta del motor con resistencia del Vn
con respecto a la tensin compuesta de la lnea V, es decir, la proporcin Vn/V.
En cuanto al par de arranque, su valor queda reducido al cuadrado de la citada relacin, es
decir, la proporcin (Vn/V)2.
SEGUNDA ETAPA: ELIMINACIN DE LA RESISTENCIA APLICANDO
LA TENSIN COMPUESTA DE LNEA AL MOTOR (MARCHA NORMAL)
Finaliza el Arranque por la eliminacin de las resistencias, una vez el motor haya alcanzado
una velocidad cercana a la nominal, con lo que la tensin de lnea V queda aplicada a los bornes
del motor, funcionando ya con sus caractersticas naturales.
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ELECCIN DE LOS COMPONENTES DEL ARRANCADOR
Los distintos elementos que componen un arrancador estatrico deben ser calculados y elegidos
por separados por el propio usuario, siendo necesario para ello disponer de una serie de datos
relativos a la lnea de alimentacin, motor y maquina accionada, tenemos que fijarnos en los
contactores y el rel trmico.
CONTACTORES
1er tiempo. Conexin del contactor KM2.
Este contactor deber estar dimensionado para la corriente de arranque.
2o tiempo. Conexin del contactor KM1
Este contactor deber estar dimensionado para una corriente nominal o par nominal.
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TEMPORIZADOR.
El temporizador tiene como funcin controlar el tiempo de arranque, limita el tiempo en el cual
la resistencia esta en serie con el estator (voltaje reducido en los bornes). Una vez cumplido
el tiempo de arranque el temporizador hace desconectar la resistencia y conectar la tensin
nominal hacia los bornes del motor
RELE TERMICO
El rel trmico en un arranque normal lo calibraremos para una corriente nominal.
Si el arranque es lento, conectaremos dos rels trmicos, uno a la salida de cada contactor.
De este modo, tendremos uno para el periodo de arranque, calibrado para la corriente de
arranque, y otro para el periodo de funcionamiento normal, calibrado para In.
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.
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S2:
Desconecta a KM2 y F2. Inicio del paro del motor, tiene una inercia.
ESQUEMA DE POTENCIA ESQUEMA DE MANIOBRA
VENTAJAS
Es la reduccin de prdidas as como en el aumento del par mximo estn algo
contrarrestadas por el corte superior de las reactancias
Tiene la ventaja y es que evita los transitorios de corriente, porque el motor no se
desconecta de la lnea durante el periodo de arranque.
Con respecto al arranque estrella/triangulo, es el poder de tener continuidad en la
alimentacin del motor sin existir corte de los arrollamientos, con lo que la transicin
de arranque a marcha normal se efecta sin prdida de velocidad.
Posibilidad de ajuste de los valores de arranque.
No hay corte de la alimentacin durante el arranque.
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Importante reduccin de las puntas de corriente transitorias.
Arranque configurable. Se puede elegir la Ia
Arranque suave. La velocidad aumenta a tramos
La alimentacin es continua. No hay cortes.
Necesidad de resistencias voluminosas.
DESVENTAJAS
El par de arranque disminuye de forma cuadrtica, luego solo es vlido ante cargas de
bajsimo par de arranque.
Pequea reduccin de la punta de arranque.
Necesita resistencias.
Es caro
Un mtodo econmico es utilizar resistencias lquidas (cubos de carbonato de sodio)
El par de arranque es pequeo
Es un mtodo ineficaz y con gran prdida calrica.
Circuito de potencia para 2 etapas.
Mquinas de elevada inercia sin problemas de par ni de corriente en el arranque.
http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml -
ANALISIS.
Una forma de limitar la intensidad de arranque es acoplando resistencias en serie con la lnea
de alimentacin al estator, una vez arrancado retiraremos las resistencias puentendolas
mediante un contactor. Las resistencias debern ser resistencias de potencia para que sean
capaces de resistir el calentamiento que se producir. (I x I x R). Calcularemos el valor de la resistencia con la siguiente expresin.
R = 0,055 x (Un/In)
R Resistencia por fase en Ohmios.
U Tensin de la red en voltios.
In Intensidad nominal del motor en A.
A la hora de calcular las resistencias se tendr en cuenta el nmero de arranques por hora y
el tiempo de arranque. Normalmente se calcula la resistencia para 5 arranques por hora y 8
segundos de tiempo arranque.
La intensidad media de arranque tendr un valor de Imed = 4,5 In. y el par de arranque se
reducir por debajo de la mitad de l para de arranque en conexin directa. Una ventaja con
respecto al arranque estrella-tringulo es que no se van a producir cortes de tensin en el
momento de eliminar las resistencias estatricas.
Resistencias de potencia
http://automatismoindustrial.files.wordpress.com/2012/10/bb2.jpg -
PRACTICA.
Para poder demostrar lo antes mencionado decidimos realizar una pequea prctica en el
Laboratorio de Maquinas Elctricas de la Universidad Tcnica de Manab con la ayuda del
Ing. Jorge Hermidas, practica en la cual pudimos corroborar la eficiencia de este mtodo de
arranque en los motores asncronos.
En la prctica se realizaron diferentes tipos de pruebas entre ellas variamos las conexiones
para poder determinar un punto comparativo y deducir si este tipo de arranques es o no
conveniente.
Entre las modificaciones que realizamos tenemos el tipo de conexin del motor y el valor de
las resistencias empleadas, en primeras instancias utilizamos resistencias sin realizar
clculo alguno con el fin de determinar la importancia de este dato y poder establecer las
conclusiones respectivas.
Empleamos resistencias con valores de 30 ohmios, 5 ohmios y 15 ohmios para poder
establecer la resistencia adecuada para este fin.
Las formas de arranque variaron segn el valor de la resistencia que empleamos, notamos
que es de gran importancia conocer el valor exacto de la resistencia a utilizarse puesto que de
no hacerlo as no obtendramos los resultados esperados.
La variacin de la corriente de arranque con resistencia y sin ella es notoria as mismo al
variar la conexin (delta-estrella).
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CONCLUSIONES.
En esta forma de arranque se utilizan para puesta en marcha de motores de mediana y gran
potencia cuyo par resistente en arranque es bajo.
Este tipo de arranque no presenta alguno de los inconvenientes que se da en la conexin delta
estrella.
Al pasar de un punto de resistencia otro, no hay cortes de la corriente que alimenta al motor
El par de arranque crese ms rpidamente con la velocidad
Las puntas de intensidad tambin son reducidas
Tambin se utilizan esta forma de arranque para arranque maquinas con fuerte inercia, sin
problemas especficos originados por su par e intensidades de arranque.
Corriente inicial de 4.5In
Duracin media del arranque: 7 a 12 seg.
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TRABAJO REALIZADO POR:
SOLORZANO MURILLO LUIS ANTONIO
SALVATIERRA CHAVEZ SUSANA ARMANDINA
VELASQUEZ ZAMBRANO MANUEL GILMAR