PRÁCTICA No. 4ARRANQUE ESTRELLA–TRIÁNGULO DE MOTORES

DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA

4.1.- OBJETIVO:

- Comprender el método de arranque estrella – triángulo de un motor.- Aplicar el frenado dinámico luego del arranque estrella triangulo del motor jaula

de ardilla

4.2.- EQUIPO A USARSE:

- Un motor de inducción de jaula de ardilla.- 4 contactores.- 2 temporizadores.- 2 lámparas de señalización.- 2 pulsantes.- Una fuente de C.A.- Una fuente de C.C.- Equipo de medición y conexionado.

4.3.- MARCO TEÓRICO:

EL MOTOR DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA

En un motor de inducción de jaula de ardilla los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor; los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuye los ruidos.

FIGURA 4.1: Motor de inducción de jaula de ardilla.

FIGURA 4.2: Esquema de la jaula.

CONCEPTOS GENERALES SOBRE ARRANQUE DE MOTORES

Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de régimen permanente. La elección correcta de las características de los motores eléctricos y arrancadores a instalar está basada en el conocimiento de las particularidades de este régimen transitorio.

Para que el conjunto motor-máquina comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera que genere una aceleración angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor:

Donde es el par motor, el par resistente, es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y es la velocidad angular de dicho conjunto.

Como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este par mayor de arranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, misma que no debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucrados.

Aunque se suele enfocar el diseño de los sistemas de arranque en atención a las corrientes y cuplas involucradas, no deben dejarse de lado otros aspectos que también resultan importantes como son el consumo de energía disipada en forma de calor y las perturbaciones sobre la red de baja tensión.

Los problemas generados en el arranque de motores eléctricos de C.A. se resumen en tres aspectos: gran consumo de corriente (5 a 7 veces mayor que a plena carga), alto torque y sobrecalentamiento del motor. Existen muchos sistemas eléctricos con los cuales se pueden disminuir estos problemas, en la presente práctica se analizará uno de ellos, el llamado arranque estrella-triángulo.

ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO

Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante métodos de arranque directo o a tensión reducida.

Los métodos de arranque a tensión reducida se utilizan para motores que no necesiten una gran cupla de arranque. El método consiste en producir en el momento del arranque una tensión menor que la nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensión se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magnético y la cupla motriz. Uno de los métodos de arranque a tensión reducida más utilizados debido a su construcción simple, su bajo precio y su alta confiabilidad es el arranque estrella-triángulo.

En este método, el procedimiento para reducir la tensión en el arranque consiste en conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trifásicos previstos para trabajar conectados en triángulo a la red. Los bobinados inicialmente se conectan en estrella (o sea que reciben la tensión de fase) y luego se conectan en delta o triángulo a la tensión de línea; por tanto, la tensión durante el arranque se reduce 1,73 veces. Por ser ésta una relación fija, y dado que la influencia de la tensión sobre la corriente y la cupla es cuadrática, tanto la corriente como el par de arranque del motor se reducen en tres veces.

Para que a un motor se le pueda hacer el arranque estrella-triangulo, la tensión de red y la de triangulo del motor deben ser iguales. Además, los seis bornes del devanado estatórico deben ser accesibles. Tal circunstancia se da hoy en día en la generalidad de los motores de jaula de ardilla, siendo la disposición general de la caja de bornes la que esquemáticamente presenta la siguiente figura:

FIGURA 4.3: Caja de bornes de un motor de jaula de ardilla.

La conmutación de estrella a triángulo generalmente se hace en forma automática luego de transcurrido un lapso de tiempo regulable en el que el motor alcanza determinada velocidad. En el caso más simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el motor, disponiendo de enclavamientos adecuados.

La protección del motor se hace por medio de relés térmicos y fusibles, mismos que deben estar colocados en las fases del motor y su calibración debe hacerse a un valor que resulta de multiplicar la corriente de línea por 0,58.

Consideraciones.- Algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de conmutación son:

- El pico de corriente que toma el motor al conectar a plena tensión (etapa de triángulo) debe ser el menor posible; por ello, la conmutación debe efectuarse cuando el motor esté cercano a su velocidad nominal (95% de la misma); es decir, cuando la corriente de arranque baje prácticamente a su valor normal en la etapa de estrella.

- La corriente de arranque sólo se puede reducir hasta el punto donde el par de arranque sea aún superior al requerido por la carga; bajo este punto la aceleración del motor cesará y el conjunto carga-motor no alcanzará la velocidad máxima. El relé de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento, no antes ni mucho después.

- Habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10 segundos, si supera los 12 segundos se debe consultar al proveedor del equipo. Si no se cumple con lo anterior, el pico de corriente que se produce al pasar a la etapa de triángulo es muy alto, perjudicando a los contactores, al motor y a la máquina accionada. El efecto es similar al de un arranque directo.

Limitaciones.- Las limitaciones más significativas de este tipo de arranque son:

- No hay control sobre el nivel de reducción de la corriente ni del par.

- Se producen importantes cambios de la corriente y del par debido a la transición estrella-triángulo. Esto aumenta el estrés mecánico y eléctrico y puede producir averías. Los cambios se producen debido a que el motor está en movimiento y al desconectarse la alimentación hace que el motor actúe como un generador con tensión de salida, que puede ser de la misma amplitud que la de red. Esta tensión está aún presente cuando se reconecta el motor en triángulo.

- La cupla de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar máquinas con mucho momento de inercia.

FRENO DINÁMICO

En general, un motor eléctrico se puede parar desconectándolo de la línea. Sin embrago, si el motor se reconecta de manera que funcione como un generador, se parará más rápidamente. Esto se conoce con el nombre de freno dinámico.

Si el motor se reconecta para que el campo se excite, y existe un paso de baja resistencia a través de la armadura, la acción del generador convertirá parte de la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, en forma de calor, en las resistencias; esto baja más pronto la velocidad del motor.

Al disminuir la velocidad del motor, la acción del generador se hace menor, disminuye la corriente y se reduce la acción del freno.

4.4.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

Para realizar el arranque estrella-triángulo del motor armamos el circuito de control presentado en la siguiente figura (Figura 4.4) que funciona de la siguiente manera: Al oprimir S1 se energiza el circuito alimentando al contactor de línea CL; al mismo tiempo actúa el contactor CY que realiza la conexión en estrella. Después de un tiempo, dado por el temporizador T1, se activa el contactor CD que realiza la conexión en triángulo y desenergiza el contactor CY.

El pulsante bo sirve para el frenado dinámico, al oprimirlo se energiza el contactor FD que actúa durante un tiempo dado por T2 inyectando corriente continua al rotor frenando así el motor.

FIGURA 4.4: Circuito de control.

FIGURA 4.5: Circuito de fuerza.

Una vez realizadas las conexiones y energizado el sistema, mida el voltaje en los terminales del motor al momento del arranque en estrella, al momento que está estabilizado en estrella y cuando está conectado en triángulo. Así mismo, mida la corriente por los fusibles al momento del arranque en estrella, al momento que está estabilizado en estrella, al instante del cambio de conexión y cuando está conectado en triángulo.

VOLTAJE (V) CORRIENTE (A)

ARRANQUE ESTRELLA 120 1,2

ESTRELLA ESTABILIZADO 120 0,19

CAMBIO DE CONEXIÓN 210 0,3

TRIÁNGULO 220 0,33

TABLA 4.1.

Adicionalmente, mida el tiempo de frenado para diferentes valores de Vcc.

Vcc TIEMPO DE

(V) FRENADO40 2,2050 1,23

TABLA 4.2.

4.5.- CONCLUCIONES