UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB

PROYECTO GRUPAL DE MQUINAS ELCTRICAS III

GRUPO # 3 ING. JIMMY VELEZ

PORTOVIEJO, 08 DE JUNIO DE 2015

TEMA;

Mtodos de arranques de motores trifsicos asncronos; Mtodo de arranque por resistencia y reactancia

estatrica

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

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.

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.

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:

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

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.

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

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:

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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).

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.

TRABAJO REALIZADO POR:

SOLORZANO MURILLO LUIS ANTONIO

SALVATIERRA CHAVEZ SUSANA ARMANDINA

VELASQUEZ ZAMBRANO MANUEL GILMAR