Motores trifásicos asincrónicos: funcionamiento con la falta de una fase
Cuando a los bobinados de un motor trifásico asincrónico se le conectan las tres fases de una red red de distribución distribución trifásica, dentro de él se produce produce un campo magnético giratorio de valor constante. Si no se le conecta una de las fases del sistema, dentro del motor se produce un campo magnético alterno, es decir, ubicado sobre una sola dirección, con cambio de sentido y variable en su intensidad. Conexión de las tres fases de un motor asincrónico trifásico uando a un motor trifásico se lo ali-
C menta correctamente con las tres fases de un sistema de distribución trifásica se genera dentro de él un campo magnético giratorio que girará a la velocidad de sincronismo. La velocidad de sincronismo del motor depende de la cantidad de pares de polos (P) con la que está construido y de la frecuencia de la red (f) a la que está conectado. Vale: ns(1/min)= 60x f(Hz) / P Donde: ns = veloc velocidad idad medid medida a en vuelta vueltas s por minuto (1/min ó rpm); f = frecuencia de red, medida en herzios f = (Hz); P = cantidad de pares de polos (sin unidad). Se genera en él un momento motor de arranque, o par de arranque (Ma), y
cuando alcanza su velocidad asignada cercana a la velocidad de sincronismo produce el par motor (Mm) que la carga arrastrada requiere para su funcionamiento, llamado par de carga (Mc). La potencia que el motor efectivamente entrega depende de la exigencia de la carga arrastrada. Cuando la máquina arrastrada requiere del motor su par asignado o nominal (Mn), este par asignado produce la potencia mecánica asignada del motor que éste es capaz de entregar en su cabo de eje o árbol. Afectado por el rendimiento del motor, obtenemos la potencia eléctrica que el mismo toma (consume) de la red.
Pn(kW) = Potencia mecánica asignada de motor (entregada en el eje), medida en kilovatios (kW); Un(V) = Tensión de línea nominal de la red de alimentación, medida en voltios (V); In(A) = corriente consumida desde la línea por el motor, medida en amperios (A); cos ᵩ = factor de potencia; µ = rendimiento. continúa en página 14 u
Esta potencia consumida de la red vale: P(kW)= Pnx µ = 1,73x Un(V)x In(A)x cos ᵩx µ Donde: P(kW) = Potencia eléctrica asignada de motor (consumida de la red), medida en kilovatios (kW); 12 • Electro i n s t a l a d o r • AGOSTO 2010
Figura 1a. Conexión trifásica.
Motores trifásicos asincrónicos: conexión con falta de una fase
u viene de página 12
Mn
de la exigencia de la carga arrastrada, el motor intentará entregarla, para ello consumirá de la red la correspondiente potencia eléctrica, que en este caso vale: P´(kW) = Pn´x µ = Un(V)x In´(A)x cos ᵩ´x µ´
Figura 1b. Momento motor uniforme.
El motor es capaz de arrancar (tiene par de arranque) y de mantener una velocidad constante (tiene un par motor de valor uniforme). Conexión con falta de una de las tres fases de un motor asincrónico trifásico Cuando a un motor trifásico se lo alimenta incorrectamente con sólo de las tres fases de un sistema de distribución trifásica; o cuando durante su funcionamiento, por una falla de servicio, se le quita una de ellas, se genera dentro de él un campo magnético alternativo, es decir, ubicado en un determinado eje (dirección), y cambiará permanentemente de intensidad y frecuentemente de sentido. La frecuencia del cambio de sentido coincide con la velocidad de sincronismo que alcanza el motor adecuadamente conectado. Se comprueba que el valor eficaz de este campo magnético alternativo es de aproximadamente un 82% de la intensidad del campo magnético giratorio. Pero un campo alternativo no es capaz de producir un par motor, por lo tanto el rotor del motor no recibe un par de arranque capaz de hacerlo ponerse en movimiento. Un motor detenido al que se lo alimenta con sólo dos fases no es capaz de arrancar. Sin embargo, un motor que se encuentra en movimiento es capaz de seguir rotando, porque el campo alternativo reaccionando con el campo producido por el rotor en movimiento es capaz de descomponerse y dar una porción rotante. Como la potencia mecánica que el motor efectivamente entrega depende
Donde: P´(kW) = Potencia eléctrica consumida de la red por el motor, medida en kilovatios (kW); Pn´(kW) = Potencia mecánica entregada a la carga por el motor, medida en kilovatios (kW);
Figura 2a. Conexión con falta de la fase L 1.
Un(V) = Tensión de línea nominal de la red de alimentación, medida en voltios (V); In(A) = corriente consumida desde la línea por el motor, medida en amperios (A); cos ᵩ´ = factor de potencia (distinto al correspondiente a la alimentación trifásica); Figura 2b. Campo magnético alternativo.
µ´= rendimiento (distinto al correspondiente a la alimentación trifásica). Dado que la carga mecánica es la misma cuando el motor queda sin una fase, entrega en su eje la misma potencia mecánica; Pn(kW) = Pn´(kW) Pero tanto el factor de potencia cos ᵩ´ como el rendimiento µ´ producidos por el motor conectado a dos fases son menores a sus equivalentes cos ᵩ como el rendimiento µ producidos por el motor conectado a las tres fases; esto se debe a las condiciones magnéticas desfavorables de funcionamiento, por lo tanto la potencia consumida de la red es mayor en el caso de conexión con falta de fase; P´(kW) > P(kW) Debido a esto y a que en la ecuación de la potencia monofásica falta el factor 1,73 que aparece en la ecuación de potencia trifásica, el motor toma en sus fases una corriente aproximadamente dos veces mayor. In´ = 2x In 14 • Electro i n s t a l a d o r • AGOSTO 2010
Conclusiones: Un motor asincrónico trifásico: • Conectado a tres fases tiene un par de arranque propio que le permite tomar velocidad. • Conectado a tres fases el motor gira a velocidad constante. • Conectado a dos fases no tiene par de arranque por lo que no toma velocidad. • Si se encuentra en marcha cuando le falta una fase sigue rotando. • Conectado a dos fases la velocidad de giro es fuertemente dependiente de la carga. • Cuando pierde una fase las intensidades de las corrientes de las dos que quedan en servicio aumentan a aproximadamente el doble del valor que tenían en servicio trifásico.
l Alejandro Francke Especialista en productos eléctricos de baja tensión, para la distribución de energía; control, maniobra y protección de motores y sus aplicaciones.