UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
INFORME DE LABORATORIO N° 4 ARRANQUE DE MOTORES
Profesor: ROSADO AGUIRRE ESTANISLAO UBALDO Curso: PRÁCTICA DE INTRODUCCION AL DISEÑO ELECTRICO Código de curso: EE340 Sección: P Integrantes Christian Miguel Cappillo Uceda
Año
2017
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Indice 1. Objetivo ....................................................................................................................... 3 2. Fundamento Teórico ................................................................................................... 3 Motores: ......................................................................................................................... 3 Partes de un motor eléctrico .................................................................................... 4 Inversión de Giro .................................................................................................. 5 Arranque Estrella Triangulo .................................................................................. 5 Conexión Estrella ................................................................................................. 5 Conexión Triangulo .............................................................................................. 5 Esquema de potencia ........................................................................................... 6 Esquema de maniobra ......................................................................................... 6 Explicación de la maniobra ................................................................................... 7 3. Equipos y materiales ................................................................................................... 7 4. Diagramas a realizar ................................................................................................... 8 5. Datos recopilados ....................................................................................................... 8 6. Cuestionario ................................................................................................................ 9 6.1
Mencione el tipo de motor utilizado y sus características más importantes ......... 9
6.2 Explique las razones por las que se usa un arranque estrella-triangulo ¿a partir de que potencia recomendaría su uso ......................................................................... 10 6.3 Explique los significados de corriente de arranque, corriente de vacío, corriente nominal de un motor. Explique sus diferencias ............................................................ 11 6.4 Explique las diferencias entre las lecturas obtenidas en arranque directo y estrella-triangulo ........................................................................................................... 11 6.6 Explicar en palabras, de acuerdo a los esquemas eléctricos, el funcionamiento del arrancador utilizado ................................................................................................ 12 7. Conclusiones y Observaciones ................................................................................. 13 8. Bibliografía ................................................................................................................ 13
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 1. Objetivo: Realizar los diferentes tipos de arranque de motores eléctricos, especialmente el arranque estrella-triangulo. 2. Fundamento Teórico:
Motores: El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares como ventiladores, teléfonos y bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco, los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de la corriente continua (DC), tal como de baterías, automóviles o rectificadores, o por fuentes de la corriente alterna (AC), tal como de la rejilla de poder, inversores o generadores. Los pequeños motores se pueden encontrar en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones muy estandarizadas y características proporcionan el poder mecánico conveniente al uso industrial. Los más grandes de motores eléctricos se usan para propulsión del barco, compresión de la tubería y aplicaciones de almacenaje bombeado con posiciones que alcanzan 100 megavatios. Los motores eléctricos pueden ser clasificados por tipo de la fuente de la energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de la salida de movimiento, etcétera. Los dispositivos como solenoides magnéticos y altavoces que convierten la electricidad en el movimiento, pero no generan el poder mecánico utilizable respectivamente se les refiere como accionadores y transductores. Los motores eléctricos son usados para producir la fuerza lineal o la torsión (rotonda).
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Partes de un motor eléctrico
Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte móvil (rotor). El circuito magnético de los motores eléctricos de corriente alterna está formado por chapas magnéticas apiladas y aisladas entre sí para eliminar el magnetismo remanente. El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estator. El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante. El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa. El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de ardilla, de ahí que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla. El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes.
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Inversión de Giro
La inversión de giro de un motor, es un circuito que permite cambiar el sentido de giro de un motor. Para conseguir la inversión de giro de un motor asíncrono trifásico, solo es necesario intercambiar la conexión de dos fases de las tres que alimentan al motor. Esto se consigue por medio de los contactores de dos contactores KM1 Y KM2
Arranque Estrella Triangulo
Los motores de potencia consumen alta corriente cuando arrancan. Para disminuir la corriente de arranque se hace funcionar al motor en el arranque, en conexión estrella. Mediante un temporizador después de un tiempo t, el motor pasa a la conexión triangulo. Para ello se necesitan tres contactares, KM1, KM2 y KM3 El arranque directo de un motor, absorbe elevadas corrientes en el momento de conectarlo a red, equivalente a 2,5 veces el valor de la In (Intensidad Nominal), los cual se traduciría en devanados eléctricamente más robustos, dispositivos de control y protección de mayo rango, alimentadores de mayor capacidad, encareciendo los costos asociados a construcción e instalación de un motor, razón por la cual el sistema de arranque directo no se utiliza en motores de elevada potencia. Especialmente en motores asíncronos, trifásicos, con motor en cortocircuito, se utiliza un sistema de arranque denominado estrella-triangulo.
Conexión Estrella
Consiste en unir entre sí un terminal de cada bobina del estator y alimentar el otro terminal, para generar una tensión equivalente a la tensión entre fases, dividida por el factor √3, entre los terminales de cada bobina.
Conexión Triangulo
Consiste en conectar en serie las bobinas del estator y aplicar tensión equivalente a la tensión línea-línea.
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Esquema de potencia
Esquema de maniobra
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA El esquema nos explica, empezando desde arriba, que el circuito tiene tres fusibles F3, un relé térmico F2,que se utiliza para proteger el motor, y que tiene 3 contactores KM1, KM2 y KM3. Además, si comparamos los dos esquemas, veremos que el esquema de maniobra incorpora un temporizador KA1 y dos interruptores S1 y S2. Además, en el esquema de maniobra, entre KM2 y KM3, está representado el enclavamiento mecánico, es el triángulo que une las dos bobinas de los contactores con líneas discontinuas, no es obligatorio dibujarlo, porque un poco más arriba está representado el enclavamiento eléctrico, son los dos contactos que están inmediatamente después de KA1
Explicación de la maniobra 1. S1 Si pulsamos sobre S1 tenemos la conexión en estrella, porque entran en funcionamiento KM1, KM2 y KA1. Transcurrido un tiempo, pasamos a la conexión en triángulo por medio del temporizador KA1, se activa KM3 y se desactiva KM2. Recordar, el temporizador debe activarse cuando se alcance el 80% de la velocidad nominal del motor. 2. S2 Es el interruptor de paro. Desconecta a KM1, KM3 y KA1. Se inicia el paro del motor, lleva una inercia
3. Equipos y materiales: -
Motor Jaula de Ardilla
Es un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla. El rotor contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula -
Panel de arranque estrella-triángulo Voltímetro Amperímetro Multímetro Cronómetro Conductores
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 4. Diagramas a realizar:
5. Datos recopilados: Resistencia de la bobina: 4.2 Ω Velocidad: 1790 RPM Ia(A) I0(A)
Estrella(1) Estrella(2) Estrella(3) Triángulo(1) Triángulo(2) Triángulo(3) 18.43 23.6 22.9 57.6 50.4 54.1 0.88 0.81 0.89 3.76 3.82 3.90
Ia: Corriente de arranque I0: Corriente de vacío
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 6. Cuestionario: 6.1 Mencione el tipo de motor utilizado y sus características más importantes. El motor es de tipo jaula de ardilla que internamente contiene barras conductoras longitudinales conectadas juntas en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Su potencia es de 5 HP ó 3.73 kW El voltaje con el que trabaja es 230 Tiene una velocidad de giro de 1710 RPM La corriente nominal es de 15 A
6.2 Explique las razones por las que se usa un arranque estrella-triangulo ¿a partir de que potencia recomendaría su uso?
-
La finalidad de esta forma de arranque es la de reducir la intensidad absorbida por el motor durante el periodo de arranque, en detrimento de su par. Esta forma de arranque se utiliza en motores que inician su marcha con demanda par resistente inferior nominal. En un arranque directo el par conseguido equivale a 2 veces el nominal. Características del arranque estrella-triangulo: Par de arranque: 33% del par de arranque directo. Tensión de arranque: 𝑈𝑓 = UL/√3
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Intensidad de arranque: 𝐼𝑓 = IL/√3 𝑈𝑓 : Tensión de fase. UL: tensión de línea. 𝐼𝑓 : Intensidad de fase.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA IL: intensidad de línea. 6.3 Explique los significados de corriente de arranque, corriente de vacío, corriente nominal de un motor. Explique sus diferencias. Corriente de arranque.-Todos los motores eléctricos para operar consumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente de dos a ocho veces superior. Corriente de vacío.-Es la corriente que consumirá la máquina cuando no se encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal. Corriente nominal.-En una máquina, el valor de la corriente nominal es la cantidad de corriente que consumirá en condiciones normales de operación. 6.4 Explique las diferencias entre las lecturas obtenidas en arranque directo y estrella-triangulo. Arranque directo Corriente de arranque Sobrecarga de línea Par inicial en el arranque Tiempos de arranque
-
100% 4 a 8 In 0.6 a 1.5 Cn
Arranque estrellatriangulo 33% 1.3 a 2.6 In 0.2 a 0.5 Cn
2 a 3 segundos
3 a 7 segundos
Ventajas arranque Directo: Arrancador simple y económico. Par de arranque importante. Desventajas de arranque Directo:
-
Punta de corriente muy importante. Arranque brusco. Ventajas arranque estrella-triangulo:
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Arrancador económico. Buena relación par/corriente. Desventajas arranque estrella-triangulo:
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Débil par de arranque sin posibilidad de ajuste. Corte de tensión en el cambio de acoplamiento.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 6.5 ¿Qué importancia tiene la regulación del tiempo de cambio de estrella a triangulo en el momento de arranque del motor? Se hace el cambio una vez que el motor haya alcanzado el 80% de su velocidad nominal, esto se hace para evitar caídas de tensión, calentamiento de la instalación. etc. 6.6 Explicar en palabras, de acuerdo a los esquemas eléctricos, el funcionamiento del arrancador utilizado. La secuencia de funcionamiento es la siguiente: a) Se cierra KM1 y KM2 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que KM2 cortocircuita X-Y-Z). A continuación la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2. b) Transcurrido un pequeño tiempo (de 2 a 5 S), se abre KM2 y simultáneamente se cierra KM3 (que cortocircuita U-Z, V-X, W-Y) con lo cual el motor se conecta en triángulo (salto del punto 2 al 3). Observa el Fig. x que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los realizan los contactores (KM2 para la estrella y KM3 para el triángulo). c) Finalmente el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de carga.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 7. Conclusiones y Observaciones: El motor asincrónico o de inducción es el tipo de motor de corriente alterna más popular debido a la simplicidad y facilidad de operación. Un motor de inducción no tiene circuito separado de campo; en su lugar, depende de la acción de un transformador para inducir voltajes y corrientes en su circuito de campo. En efecto un motor, de inducción es básicamente un transformador rotante y su circuito equivalente es similar al de un transformador, excepto en lo que respecta a la variación de la velocidad. También cabe destacar, que el motor asincrónico opera normalmente a una velocidad cercana a la sincrónica, pero nunca puede operar a esa velocidad. Siempre debe haber algún movimiento relativo para inducir voltaje en el circuito de campo del motor asincrónico. Por otro lado, en un motor de inducción, el deslizamiento o velocidad al cual ocurre el par máximo puede ser controlado variando la resistencia del rotor. El valor del par máximo es independiente de la resistencia del rotor. Si la resistencia del rotor es alta, disminuye el valor de la velocidad a la cual ocurre el par máximo e incrementa el par de arranque del motor. Las máquinas de inducción se pueden utilizar como generador si hay una fuente de potencia reactiva (capacitores estáticos o una maquina sincrónica) disponible en el sistema de potencia. Un generador de inducción aislado presenta graves problemas de regulación de voltaje, pero cuando opera en paralelo con un gran sistema de potencia, este puede controlar el voltaje de la máquina. Los generadores de inducción son máquinas pequeñas que se utilizan en fuentes de energía alternativas como molinos de viento o en sistemas de recuperación de energía. Casi todos los generadores grandes en uso son generadores sincrónicos.
8. Bibliografía:
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_eléctrico http://www.ojocientifico.com/2011/09/29/motor-electrico-como-funciona http://www.nichese.com/estrella-triangulo.html https://sites.google.com/site/279motoreselectricos/partes-fundamentales-de-unmotor-electrico http://electricidad-viatger.blogspot.com http://www.cifp-mantenimiento.es Motores eléctricos automatismos de control – José Roldan Viloria
