PRÁCTICA No. 4 ARRANQUE ESTRELLA±TRIÁNGULO DE MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA 4.1.- OBJETIVO: -
Comprender el método de arr anque estrella estrella ± triángulo ± triángulo de un motor. A plica plicar el f rena renado dinámico luego del arr anque estrella estrella tria triangulo del motor ja motor jaul ulaa de ardilla rdilla
4.2.- EQUIPO A USARSE: -
Un
motor de motor de inducción de jaul jaulaa de ardilla rdilla. 4 conta contactores. 2 temporiza temporizadores. 2 lámpa lámpar as de seña señaliza lización. 2 pulsa pulsantes. Una f uente uente de C.A C.A. uente de C.C. Una f uente Equipo de medición y conexiona conexionado.
4.3.- MARCO TEÓRICO: EL MOTOR DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA En un motor de inducción de jaul jaulaa de ardilla rdilla los conductores del rotor están igua igualmente distribuidos por la perif perif eria eria del rotor; los extremos de estos conductores están cortocircuita cortocircuitados, por tanto no hay posibilida posibilidad de conexión del deva deva nado del rotor con el exterior. La posición inclina inclinada de las r anur as me jor jor a las propieda propieda des de arr anque y disminuy 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 arr anque de un motor al régimen tr ansitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor gir ando a la velocidad de régimen permanente. La elección correcta de las car acterísticas de los motores eléctricos y arr ancadores a instalar está basada en el conocimiento de las particularidades de este régimen tr ansitorio. Par a que el con junto motor - máquina comience a gir ar se necesita que el par motor supere al par resistente, de maner a que genere una aceler ación angular de arr anque. El proceso de arr anque f inaliza cuando se equilibr a el par motor con el par resistente, esta bilizándose la velocidad de giro del motor: Tm Tr ! J
Donde
T m
es el par motor,
T r
motor -maquina accionada y
el par resistente,
[
x[
J
xt
es el momento de inercia del con junto
es la velocidad angular de dicho con junto.
Como la cupla motor a es el producto de la corriente a bsorbida por el f lu jo del campo magnético además de un factor que car acteriza al tipo de máquina, este par mayor de arr anque gener almente está asociado a una mayor corriente de arr anque, misma que no debe super ar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucr ados.
Aunque se suele enf ocar el diseño de los sistemas de arr anque en atención a las corrientes y cuplas involucr adas, no deben de jarse de lado otros aspectos que también resultan importantes como son el consumo de energía disipada en f orma de calor y las perturbaciones sobre la red de baja tensión. Los problemas gener ados en el arr anque de motores eléctricos de C.A. se resumen en tres aspectos: gr an 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 arr anque estrella-triángulo.
ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante métodos de arr anque directo o a tensión reducida. Los métodos de arr anque a tensión reducida se utilizan par a motores que no necesiten una gr an cupla de arr anque. El método consiste en producir en el momento del arr anque 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 arr anque a tensión reducida más utilizados debido a su construcción simple, su bajo precio y su alta conf ia bilidad es el arr anque estrella-triángulo. En este método, el procedimiento par a reducir la tensión en el arr anque consiste en conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trif ásicos previstos par a tr a bajar 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 dur ante el arr anque se reduce 1,73 veces. Por ser ésta una relación f i ja, y dado que la inf luencia de la tensión sobre la corriente y la cupla es cuadrática, tanto la corriente como el par de arr anque del motor se reducen en tres veces. Par a que a un motor se le pueda hacer el arr anque 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 gener alidad de los motores de jaula de ardilla, siendo la disposición gener al de la caja de bornes la que esquemáticamente presenta la siguiente f igur a:
FIGURA 4.3: Caja de bornes de un motor de jaula de ardilla.
La conmutación de estrella a triángulo gener almente se hace en f orma automática luego de tr anscurrido un la pso de tiempo regula ble en el que el motor alcanza determinada velocidad. En el caso más simple tres contactores realizan la tarea de maniobr ar el motor, disponiendo de enclavamientos adecuados. La protección del motor se hace por medio de relés térmicos y f usibles, mismos que deben estar colocados en las fases del motor y su calibr ación 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 (eta pa de triángulo) debe ser el menor posible; por ello, la conmutación debe ef ectuarse cuando el motor esté cercano a su velocidad nominal (95% de la misma); es decir, cuando la corriente de arr anque baje prácticamente a su valor normal en la eta pa de estrella.
-
La corriente de arr anque sólo se puede reducir hasta el punto donde el par de arr anque sea aún superior al requerido por la carga; bajo este punto la aceler ación del motor cesará y el con junto carga-motor no alcanzará la velocidad máxima. El relé de tiempo debe ajustarse par a conmutar en este momento, no antes ni mucho después.
-
Ha bitualmente, un arr anque normal puede dur ar hasta 10 segundos, si super a 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 eta pa de triángulo es muy alto, per judicando a los contactores, al motor y a la máquina accionada. El ef ecto es similar al de un arr anque directo.
Limitaciones.- Las limitaciones más signif icativas de este tipo de arr anque 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 tr ansición 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 gener ador 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 arr anque que se obtiene a veces no es suf iciente par a hacer arr ancar máquinas con mucho momento de inercia.
FRENO DINÁMICO
En gener al, un motor eléctrico se puede par ar desconectándolo de la línea. Sin embr ago, si el motor se reconecta de maner a que f uncione como un gener ador, se par ará más rápidamente. Esto se conoce con el nombre de f reno dinámico. Si el motor se reconecta par a que el campo se excite, y existe un paso de baja resistencia a tr avés de la armadur a, la acción del gener ador convertirá parte de la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, en f orma de calor, en las resistencias; esto baja más pronto la velocidad del motor. Al disminuir la velocidad del motor, la acción del gener ador se hace menor, disminuye la corriente y se reduce la acción del f reno.
4.4.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: Par a realizar el arr anque estrella-triángulo del motor armamos el circuito de control presentado en la siguiente f igur a (Figur a 4.4) que f unciona de la siguiente maner a: 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 par a el f renado dinámico, al oprimirlo se energiza el contactor FD que actúa dur ante un tiempo dado por T2 inyectando corriente continua al rotor f renando así el motor.
FIGURA 4.4: Circuito de control.
FIGURA 4.5: Circuito de f uerza.
Una
vez realizadas las conexiones y energizado el sistema, mida el voltaje en los terminales del motor al momento del arr anque en estrella, al momento que está esta bilizado en estrella y cuando está conectado en triángulo. Así mismo, mida la corriente por los f usibles al momento del arr anque en estrella, al momento que está esta bilizado en estrella, al instante del cambio de conexión y cuando está conectado en triángulo.
ARRANQUE ESTRELLA ESTRELLA ESTABILIZADO CAMBIO DE CONEXIÓN TRIÁNGULO
VOLTAJE (V) 120 120 210 220
CORRIENTE (A) 1,2 0,19 0,3 0,33
TABLA 4.1.
Adicionalmente, mida el tiempo de f renado par a dif erentes valores de Vcc.
Vcc (V) TIEMPO DE FRENADO 40
2,20
50
1,23
TABLA 4.2.
4.5.- CONCLUCIONES
