UANCV MEDICIN DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

MQUINA ASNCRONA, ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO1. TITULO: Mquina Asncrona, Arranque Directo Y Arranque Estrella Triangulo.

2. OBJETIVO: Realizar el diagrama de conexiones.

Evaluar los parmetros de Arranques convencional.

Marco terico de contactores.

3. MATERIAL UTILIZADO: Mdulo de mquinas Elctricas LEYBOLD (Motor de Induccin Trifsica Rotor

Jaula de Ardilla)

01 fuente Regulable de tensin.

01 Voltmetro de 0 - 750v.

01 Pinza Amperimtrica.

Conductores y conectores.

Tacmetro.

Figura N 1

Figura N 24. MARCO TERICO:Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula:Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los mtodos de arranque directo o a tensin reducida (excluimos d esta exposicin a los motores monofsicos).

En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo en las perturbaciones comentadas en la red de dis0tribucin. Estos

inconvenientes no son tan importantes en motores pequeos, que habitualmente pueden

arrancar a tensin.

4.1 - Arranque directo de motores asncronos con rotor en jaula:Se dice que un motor arranque en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensin nominal a la que debe trabajar.

Si el motor arranque en plena carga, el bobinado tiende a absorbe una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las lneas de alimentacin

incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa produzca una cada de tensin. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 y 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 tensin 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 tendrn un gran problema de perturbaciones en la red elctrica.

por lo tanto, de existir algn inconveniente, se debe recurrir a alguno de los mtodos de arranque por tensin reducida que se describen a continuacin.

4.2 - Arranque a tensin reducida de motores asincrnicos con rotor en jaula:Este mtodo se utiliza para motores que no necesitan una gran cupla de arranque. El mtodo consiste en producir en el momento del arranque una tensin menor que la nominal en los arrollamientos de motor. Al reducirse la tensin se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magntico y la cupla motriz.

Entre los mtodos de arranque por tensin reducida ms utilizados podemos mencionar el

de arrancador estrella-triangulo, el de autotransformador.

4.3 - Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por conmutacin estrella- triangulo:El arranque estrella-triangulo es el procedimiento ms empleado para el arranque a tensin reducida debido a su construccin es simple, su precio es reducido y tiene una buena confiabilidad.

El procedimiento para reducir la tensin en el arranque consiste en conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trifsicos previstos para trabajar

conectados en triangulo en la red de 3 x 380 V.

Los bobinados inicialmente se conectan en estrella, o sea que reciben la tensin de fase

de 220 V, luego se conectan en estrella a la tensin de lnea de 380; es decir que la tensin durante el arranque se reduce 1.73 veces.

Por ser sta una relacin fija, y dado que la influencia de la tensin sobre la corriente y la cupla es cuadrtica, tanto la corriente como la el par de arranque del motor se reduce en tres veces.

Adems, es necesario que le motor est construido para funcionar en triangulo con la tensin de lnea (380 / 660 V). Si no es as, no se puede conectar.

Adems el estator debe tener sus seis bornes accesibles (situacin que no se da en todos

los motores, como por ejemplo en las bombas sumergibles). Para ello se abren los circuitos de las bobinas del estator y se las conecta al conmutador. En este caso al motor

ingresan 6 cables, ms el puesta a tierra.

La conmutacin en estrella a tringulo generalmente se hace en forma automtica luego

de transcurrido un lapso (que puede regularse) en el que el motor alcanza determinada velocidad.

En el caso ms simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el motor,

disponiendo el enclavamiento adecuados. La proteccin del motor se hace por medio de

un rel trmico . El trmico debe estar colocado en las fases del motor.

La regulacin del mismo debe hacerse aun valor que resulta de multiplicar la corriente de lnea por 0,58. La proteccin del circuito ms adecuada tambin es el fusible.

Algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de conmutacin son: el

pico de corriente que toma el motor al conectar a plena tensin (etapa de tringulo) debe ser el menor posible; por ello, la conmutacin debe efectuarse cuando el motor est cercano a su velocidad nominal (95% de la misma), es decir cuando la corriente de arranque baje prcticamente a su valor normal es la etapa de estrella.

As mismo, el rel de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento, no antes ni mucho despus. Habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10segundos, si supera los 12segundos 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 tringulo es muy alto, perjudicando a los contactores, al motor y a la mquina accionada. El efecto es similar al

de un arranque directo. Finalmente digamos que el dispositivo estrella-tringulo tiene el inconveniente de que la cupla de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar mquinas con mucho momento de inercia, e cuyo caso se utilizan los

mtodos que se describen a continuacin. Ambos permiten conectar motores trifsicos

con motor jaula, los cuales traccionan, por ejemplo, bombas sumergibles.

4.4 - Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por autotransformador de arranque:El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-tringulo, salvo por

el hecho de que la tensin reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permite aumentar la tensin en forma escalonada, permitiendo un arranque suave.

Su nico inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daos perjudiciales al sistema mecnico o a la mquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas,

cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamiento del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en

los momentos del arranque.

Una variante menos usada es la conexin Kusa, en la que durante el proceso de arranque

se intercala una resistencia en uno de los conductores de lnea.

4.5 - Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por dispositivos electrnicos:Los arrancadores electrnicos son una mejor solucin que los autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida til de todas las partes involucradas.

Los mismos consisten bsicamente en un convertidor esttico alterna-continua-alterna alterna-alterna, generalmente de tiristores, que el arranque de motores de corriente

alterna con aplicacin progresiva de tensin, con la consiguiente limitacin de corriente y par de arranque. En algunos modelos tambin se vara la frecuencia aplicada.

Al iniciar el arranque, los tiristores dejan pasar la corriente que alimenta el motor segn la

programacin realizada en el circuito de maniobra, que ir aumentando hasta alcanzar los valores nominales de la tensin de servicio.

La posibilidades de arranque progresivo, tambin se puede utilizar para detener el motor,

de manera que vaya reduciendo la tensin hasta el momento de la detencin.

Estos arrancadores ofrecen seleccin de parrada suave, evitando por ejemplo los dainos golpes de ariete en las caeras durante la parada de las bombas, y detencin por

inyeccin de corriente continua para la parada ms rpida de las masas en movimiento.

Adems poseen proteccin por asimetra, contra sobre temperatura y sobrecarga, contra falla de tiristores, vigilancia del tiempo de arranque con limitaciones de la corriente, control

de servicio con Inversin de marcha, optimizacin del factor de potencia a carga parcial,

maximizando el ahorro de energa durante el proceso y permiten un ahorro en el mantenimiento por ausencia de partes en movimientos que sufran desgastes.

4.6 - Arranque de motores asincrnicos con rotor bobinado:Es un motor asincrnico, la velocidad a la que se produce la mxima cupla es funcin de

la resistencia del circuito rotrico. En particular, la mxima cupla de arranque se tiene cuando dicha resistencia es aproximada igual a la reactancia del motor.

En los momentos de corriente alterna con rotor bobinado, para efectuar el proceso de

puesta en marcha se instala un restato de arranque conectado a los anillos rozantes de motor de manera de aumentar la voluntad de resistencia rotrica total.

En este mtodo, el motor arranca con toda la resistencia en serie con el circuito del rotor.

Luego por medios manuales o automticos, en forma continua o escalonada, se va reduciendo la resistencia a medida que la mquina gana velocidad, hasta que en rgimen

permitente el restato queda en cortocircuito.

Cabe acotar que se construyen rotores tipo jaula del tipo de ranura profunda que producen una cupla de arranque. En el momento de arranque la circulacin de corrientes secundaras localizadas en las cercanas del entrehierro del ncleo. Al aumentar la velocidad, disminuye la frecuencia secundara y cesa ese efecto transitorio.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:Realizar el Arranque Estrella Tringulo.Pasos:Con bloque de contactores temporizadores en el contactores KM2

Funcionamiento del Circuito de Potencia: Cierre manual de Q1.

Cierre de KM1: acoplamiento en estrella.

Cierre de KM2: alimentacin del motor.

Apertura de KM1: eliminacin del acoplamiento en estrella.

Cierre de KM3: acoplamiento de tringulo.

1 Caracterstica: la tensin admisible en los arrollamientos del motor acoplado en tringulo debe corresponderse con la tensin de la red de alimentacin.

Q1: Calibre In motor.

F1: Calibre de motor /3.

KM1: Calibre In motor /3.

KM2-KM3: Calibre In motor /3.

Funcionamiento del circuito de Control:

Impulso en S2, Cierre de KM1.

Cierre de KM2 por KM1 (53-54)

Automantenimiento de KM1-KM2 (13-14.

Apertura de KM1 por KM2 (55-56).

Cierre de KM3 por KM1 (21-22) y KM2(67-68).

Parada: impulso en S1.

1 Caractersticas: condenacin elctrica entre KM1 y Km3. El bloque temporizado

LA2D est dado de un contacto decalado de unos 40 ms, para evitar un posible cortocircuito de la conmutacin en estrella-tringulo.

Figura N 3

Figura N 4

Figura N 5

Figura N

7. CUESTIONARIO:a) Por qu se debe hacer un arranque en un motor?Se denomina un arranque en un motor a un rgimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo estator de motor hasta que va girando a una velocidad constante.

Como por ejemplo en los motores de corriente alterna con rotor jaula de ardilla se puede poner en marcha mediante los mtodos de arranque directo o a tensin reducida, de esto (excluimos a los motores monofsicos)

b) Qu es arranque directo?Se dice arranque directo a un motor que se aplica en los bornes directamente la tensin nominal.

c)Por qu se hace el arranque estrella tringulo?Un arranque en estrella-tringulo se debe hacer porque comienza a tensin y velocidad reducida mientras conmuta las conexiones de los arrollamientos de los motores trifsicos.

d) Tengo un motor rotor de jaula ardilla de 200hp, Impulsa un trituradora de rocas para una planta de asfalto Industrial Interocenica, (est fabricado segn la normaIEC), su voltaje de operacin es de 440v trifsico, su: factor de potencia = 0.58, n% =0.87.55%, F = 80 Hz, arranque elctrico 3.5In, 6 polos. Calcule: Corriente Nominal.

Corriente de arranque.

RPM.

Si fuese arranque estrella tringulo, haga una comparacin de los datos de laboratorio para graficar la curva de I vs T, con un tiempo de 10s de arranque?

8. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS:Concluimos diciendo que la experiencia me ha sido muy til para que entender que la conexin ESTRELLA-TRINGULO es muy sencilla a la vez muy til, donde: la conexin estrella nos permite que empiece a tensin reducida a la tensin nominal, esto permite conmutar las conexiones en los arrollamientos y donde en la conexin delta va girando a una velocidad constante.

Sugerencias: Esperemos que para las prximas experiencias haya todo los controles para hacer un Funcionamiento del Circuito de Control.

EL MOTOR SNCRONO

El motor sncrono deriva su nombre del trmino velocidad sncrona, que es la velocidad natural del campo magntico giratorio del estator. Como ya se sabe, la velocidad natural de rotacin est determinada por el nmero de pares de polos y la frecuencia de la potencia aplicada.

El principio de operacin del motor sncrono se basa prcticamente en la aplicacin de una fuente multifsica de C.A. a los devanados del estator y se produce un campo magntico rotatorio. Se aplica una corriente directa a los devanados del rotor y se produce un campo magntico fijo. El motor est construido de tal forma que cuando estos dos campos magnticos reaccionan entre s, el rotor gira a la misma velocidad que el campo magntico giratorio.

El motor sncrono no tiene par de arranque propio y su rotor de modo que, una vez parado el motor, no habr manera de hacer que el rotor entre en acoplamiento magntico giratorio. Por esta razn, todos los motores sncronos tienen algn medio de arranque. La forma ms sencilla de arrancar un motor sncrono es usar otro motor que lo impulse hasta que el rotor alcance aproximadamente 90% de su velocidad sncrona.

El motor sncrono requiere una considerable potencia reactiva cuando opera en vaco sin ninguna excitacin de C.D. aplicada al rotor. Acta como una carga inductiva trifsica en una lnea de potencia. Cuando funciona en vaco el motor sncrono tiene la propiedad de actuar como un capacitor variable/inductor variable, en donde el valor de la reactancia queda determinada por la intensidad de corriente directa que fluye por el rotor.

Los motores sncronos, al igual que los de induccin, se pueden sobrecargar en forma temporal. Sin embargo, a diferencia del motor de induccin, el sncrono mantendr una velocidad constante hasta que las condiciones de sobrecarga no excedan determinado punto. El punto mximo de sobrecarga depende de la excitacin de C.D. del rotor. Cuando se sobrepasa este punto, los polos del rotor se desacoplan del campo giratorio del estator y el rotor pierde su sincronismo. Este punto de sobrecarga se denomina par de salida del motor. Cuando un motor sncrono sale de sincronismo, hay que desconectarlo de la lnea de alimentacin tan rpidamente como sea posible.

1. MATERIAL EMPLEADO.

Modulo de motor sncrono

Modulo de electrodinammetro

Modulo de fuente de alimentacin

Wattmetro trifsico

Modulo de interruptor de sincronizacin

Modulo de medicin de C.A.

Modulo de medicin de C.D.

Tacmetro de mano

Cables de conexin

Banda

2. DESARROLLO

I. Examine la estructura del modulo de motor/generador sncrono, fijndose especialmente en el motor, los anillos colectores, restato, las terminales de conexin y el alambrado.

II. Identifique los dos anillos colectores y las escobillas.

III. Se pueden mover las escobillas?.....No

IV. Identifique los devanados amortiguadores de C.D. en el rotor. (Aunque slo son devanados, estn conectados en tal forma que sus fuerzas magnetomotrices actan en oposicin, creando as cuatro polos.)

V. Identifique el devanado del estator y observe que es idntico al de los motores trifsicos de jaula de ardilla y de rotor devanado.

VI. Observe desde la cara delantera del modulo:

a) Los tres devanados independientes del estator estn conectados a las terminales 1 y 4, 2 y 5, 3 y 6.

b) Cul es el voltaje nominal de los devanados del estator?...... 120 Vc) Cul es la corriente nominal de los devanados del estator?..... 0.8 Ad) El devanado del rotor se conecta ( a travs del restato de 150 ) a las terminales 7 y 8.

e) Cul es la corriente nominal del devanado del rotor?.... 0.6 Af) Cul es el voltaje nominal del devanado del rotor?.... 120 V de C.D.g) Cul es la velocidad nominal y la potencia del motor?

CARACTERISTICAS DE ARRANQUE.

Conecte el siguiente circuito:

a) Conecte la fuente de alimentacin. Observe que el motor comienza suavemente a funcionar y sigue operando como un motor ordinario de induccin.

b) Observe el sentido de rotacin:

c) Desconecte la fuente de alimentacin e intercambie dos de los tres cables que van a la fuente de alimentacin.

d) Conecte la fuente de alimentacin y observe el sentido de rotacin:

Conecte el siguiente circuito:

a) Conecte la fuente de alimentacin. A continuacin aplique potencia trifsica cerrando el interruptor de sincronizacin y observe lo que sucede. No aplicar potencia ms de 10 segundos.

Al momento de aplicar la potencia trifsica a la maquina sncrona, esta responde de manera brusca con un corto.

b) Qu lectura dio el ampermetro?... Amperesc) Funciona el aparato como motor de induccin?....

d) Ajuste cuidadosamente la salida de la fuente de alimentacin a 120 V de C.D. segn lo indique el medidor de la fuente de alimentacin.

En este paso se observa claramente que se reduce la corriente al motor.

a) Conecte la fuente de alimentacin y mida rpidamente los siguientes parmetros:

b) Calcule la potencia aparente suministrada al motor en el arranque:

c) Calcule el par a plena carga suministrada correspondiente a a .

d) Calcule la relacin entre el par de arranque y el par a plena carga:

ARMAR EL SIGUIENTE CIRCUITO:

Llenar la siguiente tabla:

Grafica:

Regulacin de velocidad motores C.A.

1. - INTRODUCCINUna gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevacin, las mquinas-herramientas, etc. En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminacin del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes.El estudio de este fenmeno para cada caso particular tiene una gran importancia prctica, ya que la eleccin correcta de las caractersticas de los motores y variadores a instalar para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades de ste producto.La regulacin de velocidad puede realizarse por mtodos mecnicos, como poleas o engranajes, o por medios elctricos.La mquina de induccin alimentada con corriente C.A., especialmente la que utiliza un rotor en jaula de ardilla, es el motor elctrico ms comn 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 atencin. El par debe ser el necesario para mover la carga con una aceleracin adecuada hasta que se alcanza la velocidad de funcionamiento en rgimen permanente, procurando que no aparezcan problemas elctricos o mecnicos capaces de perjudicar al motor, a la instalacin elctrica 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 mayora de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rgido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrnico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentacin. Como la frecuencia de alimentacin que entregan las Compaas de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrnicos es constante, salvo que se vare el nmero de polos, el resbalamiento o la frecuencia.El mtodo ms eficiente de controlar la velocidad de un motor elctrico es por medio de un variador electrnico de frecuencia. No se requieren motores especiales, son mucho ms eficientes y tienen precios cada vez ms competitivos.El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturacin del flujo magntico con una elevacin de la corriente que daara el motor.

Variador de velocidad

El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en ingls Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecnicos, hidrulicos, elctricos o electrnicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. Tambin es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, tambin por sus siglas en ingls Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada.La maquinaria industrial generalmente es accionada a travs de motores elctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores elctricos generalmente operan a velocidad constante o cuasi-constante, y con valores que dependen de la alimentacin y de las caractersticas propias del motor, los cuales no se pueden modificar fcilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc.Un variador de velocidad puede consistir en la combinacin de un motor elctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinacin de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecnico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a pas) tambin puede ser designado como variador de velocidad.

Aplicaciones de los variadores en bombas y ventiladores.

Velocidad como una forma de controlar un proceso

Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo de variadores de velocidad destacan:

Operaciones ms suaves.

Control de la aceleracin.

Distintas velocidades de operacin para cada fase del proceso.

Compensacin de variables en procesos variables.

Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.

Ajuste de la tasa de produccin.

Permitir el posicionamiento de alta precisin.

Control del Par motor (torque).

Tipos de variadores de velocidadEn trminos generales, puede decirse que existen tres tipos bsicos de variadores de velocidad: mecnicos, hidrulicos y elctrico-electrnicos. Dentro de cada tipo pueden encontrarse ms subtipos, que se detallarn a continuacin. Cabe aclarar que los variadores ms antiguos fueron los mecnicos, que se emplearon originalmente para controlar la velocidad de las ruedas hidrulicas de molinos, as como la velocidad de las mquinas de vapores.Los variadores de velocidad mecnicos e hidrulicos generalmente son conocidos como transmisiones cuando se emplean en vehculos, equipo agroindustrial o algunos otros tipos de maquinaria

Variadores mecnicos

Variador de paso ajustable: este dispositivo emplea poleas y bandas en las cuales el dimetro de una o ms poleas puede ser modificado. Variador de traccin: transmite potencia a travs de rodillos metlicos. La relacin de velocidades de entrada/salida se ajusta moviendo los rodillos para cambiar las reas de contacto entre ellos y as la relacin de transmisin.

Variadores hidrulicos

Variador hidrosttico: consta de una bomba hidrulica y un motor hidrulico (ambos de desplazamiento positivo). Una revolucin de la bomba o el motor corresponde a una cantidad bien definida de volumen del fluido manejado. De esta forma la velocidad puede ser controlada mediante la regulacin de una vlvula de control, o bien, cambiando el desplazamiento de la bomba o el motor.

Variador hidrodinmico: emplea aceite hidrulico para transmitir par mecnico entre un impulsor de entrada (sobre un eje de velocidad constante) y un rotor de salida (sobre un eje de velocidad ajustable). Tambin llamado acoplador hidrulico de llenado variable.

Variador hidroviscoso: consta de uno o ms discos conectados con un eje de entrada, los cuales estar en contacto fsico (pero no conectados mecnicamente) con uno o ms discos conectados al eje de salida. El par mecnico (torque) se transmite desde el eje de entrada al de salida a travs de la pelcula de aceite entre los discos. De esta forma, el par transmitido es proporcional a la presin ejercida por el cilindro hidrulico que presiona los discos.

Variadores elctrico-electrnicos

Existen cuatro categoras de variadores de velocidad elctrico-electrnicos:

variadores para motores de CC.

variadores de velocidad por corrientes de Eddy.

variadores de deslizamiento.

variadores para motores de CA (tambin conocidos como variadores de frecuencia).

Tipos de variadores elctrico-electrnicos

Los variadores elctrico-electrnicos incluyen tanto el controlador como el motor elctrico, sin embargo es prctica comn emplear el trmino variador nicamente al controlador elctrico.Los primeros variadores de esta categora emplearon la tecnologa de los tubos de vaco. Con los aos despus se han ido incorporando dispositivos de estado slido, lo cual ha reducido significativamente el volumen y costo, mejorando la eficiencia y confiabilidad de los dispositivos

2. -DESCRIPCINLos variadores son convertidores de energa encargados de modular la energa que recibe el motor. Otra definicin sera, los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asncronos trifsicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensin de red en magnitudes variables.Los variadores de velocidad son dispositivos electrnicos que permiten variar la velocidad y la cupla de los motores asincrnicos trifsicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensin de red en magnitudes variables.Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicacin sean:- Dominio de par y la velocidad- Regulacin sin golpes mecnicos- Movimientos complejos- Mecnica delicada

El control de los motores elctricos mediante conjuntos de conmutacin Todo o Nada es una solucin bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de mquinas. No obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones.2.1 - Problemas que surgen en el arranque de motores asncronos. El pico de corriente en el arranque puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red,

Las sacudidas mecnicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la mquina as como para la seguridad y comodidad de los usuarios,

Funcionamiento a velocidad constante.

Los arrancadores y variadores de velocidad electrnicos eliminan estos inconvenientes. Adecuados para motores de corriente tanto alterna como continua, garantizan la aceleracin y deceleracin progresivas y permiten adaptar la velocidad a las condiciones de explotacin de forma muy precisa. Segn la clase del motor, se emplean variados de tipo rectificador controlado, convertidor de frecuencia o regulador de tensin.2.2 - Factores a tener en cuenta a la hora de disear un sistema de regulacin de velocidad.a) Lmites o gama de regulacin.

b) Progresividad o flexibilidad de regulacin.

c) Rentabilidad econmica.

d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada.

e) Sentido de la regulacin (aumento o disminucin con respecto a la velocidad nominal).

f) Carga admisible a las diferentes velocidades.

g) Tipo de carga (par constante, potencia constante, etctera).

h) Condiciones de arranque y frenado.I) Condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.)j) Tipo de motor (potencia, corriente, voltaje, etc.).k) Rangos de funcionamiento (vel. mx., mn.)l) Aplicacin momo o multimotor.m) Consideraciones de la red (microinterrupciones, fluctuaciones detensin, armnicas, factor de potencia, corriente de lnea disponible).

'Variadores de velocidad'

'Variadores de velocidad'

'Variadores de velocidad'

'Variadores de velocidad'

2.3 - Ventajas de la utilizacin del Variador de Velocidad en el arranque de motores asncronos.

El variador de velocidad no tiene elementos mviles, ni contactos.

La conexin del cableado es muy sencilla.

Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos.

Controla la aceleracin y el frenado progresivo.

Limita la corriente de arranque.

Permite el control de rampas de aceleracin y deceleracin regulables en el tiempo.

Consigue un ahorro de energa cuando el motor funcione parcialmente cargado, con accin directa sobre el factor de potencia

Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor. Puede controlarse directamente a travs de un autmata o microprocesador.

Se obtiene un mayor rendimiento del motor.

Nos permite ver las variables (tensin, frecuencia, r.p.m, etc).

2.4 - Inconvenientes de la utilizacin del Variador de Velocidad en el arranque de motores asncronos.

Es un sistema caro, pero rentable a largo plazo.

Requiere estudio de las especificaciones del fabricante.

Requiere un tiempo para realizar la programacin.

2.5 - SimbologaConvertidor de Frecuencia

2.6 - Diagrama de bloques

'Variadores de velocidad'

3. - APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIALos variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de mquinas: Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de produccin de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la cada del producto que se transporta, etc. Bombas y ventiladores centrfugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presin constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energa porque el consumo vara con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal. Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificacin con precisin, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos qumicos, chocolates, miel, barro, etc. Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.

Extrusoras. Se obtiene una gran variacin de velocidades y control total de de la cupla del motor. Centrfugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia. Prensas mecnicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales. Mquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simtrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales. Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con mxima cupla y menor consumo de energa en el arranque. Pozos petrolferos. Se usan para bombas de extraccin con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.4. - PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD ELECTRNICOSAceleracin controladaLa aceleracin del motor se controla mediante una rampa de aceleracin lineal o en S.Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleracin adecuado para la aplicacin.Variacin de velocidadUn variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador. En este caso, es un sistema, rudimentario, que posee un mando controlado mediante las magnitudes elctricas del motor con amplificacin de potencia, pero sin bucle de realimentacin: es lo que se llama en bucle abierto.La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensin o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en funcin de las perturbaciones (variaciones de la tensin de alimentacin, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en funcin de la velocidad nominal.Regulacin de la velocidadUn regulador de velocidad es un dispositivo controlado (figura 1). Posee un sistema de mando con amplificacin de potencia y un bucle de alimentacin: se denomina, bucle abierto.La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia.El valor de la consigna se compara permanentemente con la seal de alimentacin, imagen de la velocidad del motor. Esta seal la suministra un generador tacomtrico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor.Si se detecta una desviacin como consecuencia de una variacin de velocidad, las magnitudes aplicadas al motor (tensin y/o frecuencia) se corrigen automticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial.Gracias a la regulacin, la velocidad es prcticamente insensible a las perturbaciones.La precisin de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular.

'Variadores de velocidad'

Deceleracin controladaCuando se desconecta un motor, su deceleracin se debe nicamente al par resistente de la mquina (deceleracin natural). Los arrancadores y variadores electrnicos permiten controlar la deceleracin mediante una rampa lineal o en S, generalmente independiente de la rampa de aceleracin.Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de rgimen fijada a una velocidad intermediaria o nula:- Si la deceleracin deseada es ms rpida que la natural, el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la mquina; se habla entonces de frenado elctrico, que puede efectuarsereenviando energa a la red de alimentacin, o disipndola en una resistencia de frenado.- Si la deceleracin deseada es ms lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la mquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada.Inversin del sentido de marchaLa mayora de los variadores actuales tienen implementada esta funcin. La inversin de la secuencia de fases de alimentacin del motor se realiza automticamente o por inversin de la consigna de entrada, o por una orden lgica en un borne, o por la informacin transmitida a mediante una red.FrenadoEste frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de desaceleracin. Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asncronos, esta funcin se realiza de forma econmica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energa mecnica se disipa en el rotor de la mquina y, por tanto, este frenado slo puede ser intermitente. En el caso de un variador para motor de corriente continua, esta funcin se realiza conectando una resistencia en bornes del inducido.Proteccin integradaLos variadores modernos aseguran tanto la proteccin trmica de los motores como su propia proteccin. A partir de la medida de la corriente y de una informacin sobre la velocidad (si la ventilacin del motor dependede su velocidad de rotacin), un microprocesador calcula la elevacin detemperatura de un motor y suministra una seal de alarma o de desconexin en caso de calentamiento excesivo.Adems, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, estn dotados de protecciones contra:

los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra,

las sobretensiones y las cadas de tensin,

los desequilibrios de fases,

el funcionamiento en monofsico.

COMPOSICIN DE UN VARIADOR DE FRECUENCIALos variadores de frecuencia estn compuestos por: Etapa Rectificadora. Convierte la tensin alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc. Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensin rectificada y reducir la emisin de armnicos. Inversor o "Inverter". Convierte la tensin continua en otra de tensin y frecuencia variable mediante la generacin de pulsos. Actualmente se emplean IGBTs (Isolated Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensin. Los equipos ms modernos utilizan IGBTs inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente, sobretensin, baja tensin, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobretemperaturas, etc. Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensin y frecuencia. Y adems controla los parmetros externos en general, etc. Los variadores mas utilizados utilizan modulacin PWM (Modulacin de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armnicas y mejorar el factor de potenciaEl Inversor o Inverter convierte la tensin continua de la etapa intermedia en una tensin de frecuencia y tensin variables. Los IGBT envan pulsos de duracin variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor.La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acstico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el motor. Por otra parte, los IGBTs generan mayor calor.Las seales de control para arranque, parada y variacin de velocidad (potencimetro o seales externas de referencia) estn aisladas galvnicamente para evitar daos en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.6. - PRINCIPALES TIPOS DE VARIADORESRectificador controlado motor de corriente continuaProporciona, a partir de una red de corriente alterna monofsica o trifsica, una corriente continua con control del valor medio de la tensin.Los semiconductores de potencia constituyen un puente de Gratz, monofsico o trifsico (figura 7). El puente puede ser mixto (diodos/tiristores) o completo (slo tiristores). Esta ltima solucin es la ms frecuente porque permite un mejor factor de forma de la corriente suministrada.El motor de corriente continua ms utilizado tiene la excitacin separada, salvo para pequeas potencias, en las que suelen usarse frecuentemente motores de imn permanente.La utilizacin de este tipo de variadores de velocidad se adapta bien a todas las aplicaciones. Los nicos lmites vienen impuestos por el propio motor de corriente continua, en especial por la dificultad de conseguir velocidades elevadas y la necesidad de mantenimiento (sustitucin de las escobillas).Los motores de corriente continua y sus variadores asociados han sido las primeras soluciones industriales. Despus de ms de una dcada, su uso va en constante disminucin en beneficio de los convertidores de frecuencia. En efecto, el motor asncrono es a la vez ms robusto y ms econmico que un motor de corriente continua. Contrariamente a los motores de corriente continua, los asncronos se han estandarizado con envolvente IP55, siendo por tanto prcticamente insensibles al entorno (goteo, polvo y ambientes peligrosos).

'Variadores de velocidad'

Convertidor de frecuencia para motor asncronoSuministra, a partir de una red de corriente alterna de frecuencia fija, una tensin alterna trifsica, de valor eficaz y frecuencia variables (figura 8). La alimentacin del variador puede ser monofsica para pequeas potencias (orden de magnitud de algunos kW) y trifsica para los mayores. Ciertos variadores de pequea potencia aceptan indistintamente tensiones de alimentaciones mono y trifsicas. La tensin de salida del variador es siempre trifsica. De hecho, los motores asncronos monofsicos no son adecuados para ser alimentados mediante convertidores de frecuencia.Los convertidores de frecuencia alimentan los motores de jaula estndar con todas las ventajas de estos motores: estandarizacin, bajo coste, robustez, estanqueidad, ningn mantenimiento. Puesto que estos motores son auto-ventilados, el nico lmite para su empleo es el funcionamiento a baja velocidad porque se reduce esta ventilacin. Si se requiere este funcionamiento hay que prever un motor especial con una ventilacin forzada independiente.

'Variadores de velocidad'

Regulador de tensin para el arranque de motores asncronosSuministra, a partir de una red de corriente alterna, una corriente alterna de frecuencia fija igual a la de la red, mediante el control del valoreficaz de la tensin, modificando el ngulo de retardo de disparo de los semiconductores de potencia (dos tiristores montados en antiparalelo en cada fase del motor) (figura 9).

Funcionamiento a potencia constanteEs un caso particular del par variable. Se denomina funcionamiento a potencia constante cuando el motor proporciona un par inversamente proporcional a la velocidad angular (figura 6).Es el caso, por ejemplo, de una enrolladora cuya velocidad angular debe disminuir poco a poco a medida que aumenta el dimetro de la bobina por acumulacin de material. Es tambin el caso de los motores de huso de las mquinas herramienta.El margen de funcionamiento a potencia constante es por definicin limitado: a baja velocidad, por la corriente proporcionada por el variador, y a gran velocidad, por el par disponible del motor. En consecuencia, el par motor disponible con los motores asncronos y la capacidad de conmutacin de las mquinas de corriente continua deben ser comprobados.

'Variadores de velocidad'