1 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA ÍNDICE 1. INTRODUCCION 2. DATO DE PLACA 3. CONEXIÓN DE MOTORES DE 6, 9 Y 12 PUNTAS 4. CONEXION EN ALTA Y BAJA 5. CONEXIÓN EN ESTRELLA, DELTA 6. TIPOS DE ARRANQUES 7. CAMBIO DE GIRO 8. PRACTICAS VARIAS
2 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA En este manual se verán distintas características de configuración de conexiones de un motor eléctrico, así como rangos de alimentación y operación al igual que diferentes modelos de motores eléctricos de corriente alterna para poder dar solución a distintos tipos de necesidades de un proceso. 1. Introducción a los motores eléctricos de C.A. Un motor es un dispositivo que, a partir de una fuente de energía eléctrica, genera un campo magnético para poder inducir un movimiento rotativo y transmitir potencia. Los motores eléctricos, de este modo, son máquinas capaces de convertir la energía eléctrica en energía mecánica para el desarrollo de un trabajo. Algunos modelos también realizan el proceso inverso, transformando la energía mecánica en energía eléctrica. Un motor de este tipo puede alimentarse con fuentes de corriente alterna o de corriente continua. Su uso es muy variado: los motores eléctricos se utilizan en relojes, taladros, automóviles, trenes y submarinos, por ejemplo. La corriente alterna (cuya abreviatura en español es CA) es aquélla en la cual la magnitud y el sentido cambian de manera cíclica.
3 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA La corriente continua (CC), en cambio, es un flujo de carga eléctrica continuo que pasa por un conductor, de un punto a otro con potenciales y carga eléctrica diferentes, y que no varía con el paso del tiempo. En pocas palabras, se diferencia de la corriente alterna porque sus cargas eléctricas no cambian de dirección. PARTES BASICAS DE UN MOTOR ELECTRICO DE CORRIENTE ALTERNA TRIFASICO TIPO JAULA DE ARDILLA Hay tres tipos de motores de corriente alterna: el universal, el síncrono y el asíncrono. Este último es el más usado a nivel industrial, y el que requiere la menor
4 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA cantidad de mantenimiento. El motor eléctrico universal también se denomina monofásico y puede operar con varios tipos de corriente. Sus núcleos polares y el circuito se construyen con hierro al silicio y se apilan para minimizar la pérdida de energía. El motor eléctrico asíncrono se caracteriza porque el campo magnético del estator y el rotor giran a velocidades diferentes. En el caso del síncrono, se sincroniza la rotación de su eje con la frecuencia de la corriente de alimentación. Con respecto al motor eléctrico de corriente continua, existe una clasificación según la forma en la que se conecte, y esto nos da los siguientes tipos: serie, compound, shunt y eléctrico sin escobillas. En electrónica, además, se usan el paso a paso, el servomotor y el sin núcleo. Motor eléctrico en serie también se denomina de excitación en serie y tiene un voltaje constante pero un campo de excitación que se incrementa con la carga. El compound posee dos bobinados inductores que origina la excitación de la corriente. El shunt tiene el bobinado conectado en paralelo con el circuito de bobinados. El sin escobillas prescinde de éstas para cambiar la polaridad del rotor. Aunque las características de los motores eléctricos son diferentes según su clase, a nivel general puede decirse que recurren a un campo magnético para transformar la electricidad en energía mecánica capaz de producir movimiento. Entre las ventajas que ofrecen frente a los motores de combustión destacan el hecho de que
5 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA no emiten sustancias contaminantes y la escasa demanda de ventilación externa y refrigeración. Un automóvil equipado con un motor eléctrico, en este marco, almacena la energía eléctrica en baterías recargables. El motor eléctrico brinda un torque instantáneo y le ofrece al vehículo una gran eficiencia. En comparación a un automóvil «convencional» alimentado con nafta (gasolina), diésel (gasoil o gasóleo) o gas natural comprimido (GNC), el coche equipado con un motor eléctrico es más silencioso y ecológico: al circular, no emite contaminantes. De todas maneras, hay que tener en cuenta que la generación de electricidad sí puede contaminar y afectar el medio ambiente. En este caso nos enfocaremos en los motores de CA, monofásicos (bifásicos) y trifásicos. 2. DATO DE PLACA: Todos los motores independientemente de su composición, deben tener una etiqueta llamada DATO DE PLACA, en esta etiqueta vendrán identificadas todas las características que se deben conocer referente al tema.
6 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Dependiendo del tipo de fabricante puede incluir mayor o menor información, lo más común es encontrar los siguientes datos: 1. Voltaje 2. Frecuencia 3. Número de fases 4. Corriente 5. Tipo 6. Factor de potencia 7. kW o caballos de fuerza 8. Velocidad a plena carga 9. Eficiencia 10. Tipo de servicio. 11. Clase de aislamiento 12. Temperatura ambiente máxima 13. Grado de Protección.
7 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 1. Voltaje Este dato indica el voltaje adecuado para hacer funcionar el motor. Los parámetros definidos por la placa, como el factor de potencia, la eficiencia, el par y la corriente, se encuentran bajo control del voltaje y frecuencia nominal. Cuando el motor se usa con un voltaje distinto al indicado en la placa de identificación, su rendimiento se verá afectado. 2. Frecuencia Usualmente para motores, la frecuencia de entrada es 50 o 60 Hz . Si marca más de una frecuencia en la placa, también debe de indicar los parámetros que difieran a las distintas frecuencias de entrada aplicada.
8 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 3. Número de fases Este parámetro representa la cantidad de líneas de alimentación de AC que alimentan el motor. monofásico y trifásico se consideran como el estándar. 4. Corriente La corriente indicada en la placa de identificación corresponde al consumo de potencia nominal. La corriente puede diferir al valor indicado en la placa de
9 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA identificación si las fases están desbalanceadas o si el voltaje aplicado es más bajo del indicado. 5. Tipo Algunos fabricantes utilizan el tipo para definir el motor como monofásico, trifásico, multivelocidad, con freno o por tipo de construcción. Sin embargo, no hay estándares de la industria para el tipo. SEW EURODRIVE usa la siguiente designación de tipo: DRS71M4BE1/FF. además este dato te servirá para poder solicitarle al fabricante un motor de reemplazo.
10 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 6. Factor de potencia El factor de potencia se indica en la placa de datos del motor como "PF" o "P .F" o cos φ . El factor de potencia es una expresión de la relación de potencia activa (W) a potencia aparente (VA) expresada como un porcentaje. La placa de identificación del motor le proporciona el factor de potencia para el motor a plena carga. En otras palabras, es la eficiencia del motor electrico Características mecánicas. 7. kW o caballos de fuerza El kW o la Potencia en HP es una expresión de la potencia de salida mecánica del motor, es decir, su capacidad para entregar el par necesario para la carga a la velocidad nominal.
11 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 8. Velocidad La velocidad de a plena carga es la velocidad a la que se entrega el par de carga nominal a la salida. Normalmente, la velocidad a plena carga se da en RPM. Esta velocidad a veces se denomina velocidad de deslizamiento o velocidad real del rotor. 9. Eficiencia
12 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA La eficiencia es la potencia de salida del motor dividida por su potencia de entrada multiplicada por 100. La eficiencia se expresa como un porcentaje. La eficiencia está garantizada por el fabricante para estar dentro de una cierta tolerancia, que varía según el estándar de diseño, por ejemplo, IEC o NEMA. Por lo tanto, preste atención a las eficiencias mínimas garantizadas cuando evalúa el rendimiento del motor. 10. Tipo de servicio. Este parámetro define el período de tiempo durante el cual el motor puede llevar su clasificación de placa de forma segura. En muchos casos, el motor puede hacerlo continuamente, lo que se indica mediante un S1 o "Cont" en la placa de identificación. Si no se indica nada en la placa de identificación, el motor está diseñado para el ciclo de servicio S1.
13 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 11. Clase de aislamiento La clase de aislamiento (INSUL CLASS) es una expresión de la clasificación estándar de la tolerancia térmica del bobinado del motor. La clase de aislamiento es una designación de letra como "B" o "F" , dependiendo de la capacidad del devanado para sobrevivir a una temperatura de funcionamiento determinada para tener una vida útil. Cuanto más lejos en el alfabeto, mejor será el rendimiento. Por ejemplo, un aislamiento clase "F" tiene una vida nominal más larga a una temperatura de operación dada que una clase "B".
14 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 12. Temperatura ambiente máxima La temperatura ambiente máxima a la cual un motor puede funcionar se indica a veces en la placa de identificación. De lo contrario, el máximo es de 40 ° C para los motores EFF2 60 ° C, para los motores EFF1 . El motor puede funcionar y aún estar dentro de la tolerancia de la clase de aislamiento a la temperatura máxima nominal. 13. Grado de Protección. El gabinete clasifica un motor en cuanto a su grado de protección de su entorno y su método de enfriamiento. El gabinete se muestra como IP o ENCL en la placa de identificación. Y más, no son todos los datos que puede indicar una placa de identificación de un motor eléctrico también es común incluir el factor de servicio, el número de
15 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA rodamientos, el factor de montaje etc. todo depende del fabricante y de la normativa en la cual se rige el motor NEMA o IEC. 3. MOTORES DE 6, 9 Y 12 PUNTAS Para poder identificar los inicios y finales de bobinas es necesario la tabla que voy anexar a continuación. La lectura de esa tabla se hace de la siguiente manera; supongamos que tenemos un motor que en la bornera tiene 6 cables y están identificados como 1,2,3,4,5,6 entonces eso significa que es un motor con 1 solo grupo de bobinas, es tipo americano, y sus inicios y finales son tal como se indican en la tabla es decir el 1 es principio de bobina, el 4 es principio de bobina, y así sucesivamente.
16 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA MOTOR DE 6 PUNTAS (IDENTIFICADAS) Asumamos los siguientes datos de un motor: 220/440 V Δ/Y (Tomado de una placa característica cualquiera) Esto significa que el motor se conecta en delta (Δ) para 220 V, y en Y para 440 V. Es evidente que los consumos de corrientes son desiguales según la ecuación de potencia para motores trifásicos. A partir de ahora tomaremos por convenio que las letras R,S,T se usan para denotar la alimentación trifásica (cada fase) CONEXIÓN EN Δ
17 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Los esquemas anteriores serian una representación gráfica de las bobinas del motor, sin embargo en la realidad el motor posee es una bornera como la que se muestra a continuación. Esta se denomina una bornera mejorada ya que simplemente colocando las platinillas metálicas en forma vertical se estaría conectando en Δ. Nota: como estamos realizando la conexión en delta entonces la tensión de línea debe ser igual a 220 V, es decir, VRS = 220 V, VST = 220 V y VRT = 220 V ! Sabemos que en la realidad esto no es así debido a los desbalances de cargas pero los voltajes deben de parecidos, por ejemplo si
18 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA tomo el tester y mido lo siguiente: VRS = 210 V, VST = 215 V y VRT = 218 V. Esta bien ! CONEXIÓN EN Y
19 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Igualmente debe de realizar un análisis de como sería el esquema anterior, pero visto en la bornera de un motor de 6 puntas. Como puede observarse en la figura anexa a continuación, ahora la disposición de las pletinas solo se encuentra uniendo los puntos 4,5,6 para formar de esa manera el neutro de la estrella. Solo quedaría alimentar entonces el motor por las puntas 1, 2 y 3 Nota: como estamos realizando la conexión en estrella entonces la tensión de línea debe ser igual a 440 V, es decir, VRS = 440V, VST = 440V y VRT = 440V ! MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS DE 9 TERMINALES Los motores trifásicos de 9 terminales o puntas generalmente se encuentran conectados en delta (Δ) o estrella (Y), es decir, SOLO se pueden conectar en un tipo de estas conexiones, y esto es algo que lo diferencia respecto al motor de 6 puntas, que puede conectarse tanto en Δ como en Y. Los motores eléctricos trifásicos más comunes fabricados bajo la norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) tienen 9 terminales. Debido a lo anterior mente mencionado es muy común encontrarlos en la industria.
20 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS MOTORES DE 9 TERMINALES • Se diseñan para dos tensiones, con una relaciona de 2 a 1. Ejemplo 220/460 voltios. • Manejan dos tipos de conexiones principales según la conexión interna del motor «Estrella» y «Delta». • Se puede conectar a bajo voltaje (en paralelo) o en alto voltaje (en serie).
21 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA CONEXIÓN INTERNA DE LOS MOTORES DE 9 TERMINALES Los motores trifásicos de 9 puntas o terminales cuentan con una conexión interna que viene configurada intrínsecamente desde su fabricación, esta puede ser estrella interna o delta interna. Para poder determinar el tipo de conexión que tiene el motor de 9 terminales es necesario realizar algunas mediciones de continuidad entre sus bobinas y con esto podremos obtener cual es la conexión indicada para conectar nuestro motor. Motor de 9 puntas (Estrella Interna) Si el motor viene con conexión estrella (Y) internamente, al realizar las pruebas de continuidad tendrás como resultado que 3 pares de terminales dan continuidad, y un trío da continuidad. Esto quiere decir que 3 terminales tendrán continuidad entre si, sin embargo no medirán con los demás y que de los 6 terminales restantes 3 pares diferentes también medirán.
22 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Motor de 9 puntas (Delta Interna) Si el motor viene con conexión Delta (Δ) internamente, al realizar las pruebas de continuidad tendrás como resultado que 3 tríos de terminales, es decir, 3 puntas dan continuidad entre sí. Nota*: Es importante realizar una prueba de continuidad para saber ante que conexión estamos, ya que al mismo tiempo estamos realizando una prueba para saber cómo se encuentran los devanados internos del motor, ya que, si se llegase el caso de obtener 1 trío, 1 par, y que no hay continuidad entre las puntas restantes es posible que el devanado interno del motor este en mal dañado y sea necesario una revisión más profunda. DIAGRAMA DE TERMINALES DE MOTOR DE 9 TERMINALES A continuación, se muestran algunos diagramas que ayudaran a comprender como se realizan las conexiones en los motores de 9 puntas para alto voltaje y para bajo voltaje. Además de las ventajas que tiene hacer uso de cada una de estas conexiones. Diagrama de conexiones en estrella para motor 9 terminales En potencias bajas de hasta 40 HP las conexiones más usadas son Estrella Serie para alto voltaje y Doble Estrella (estrellas en paralelo) en bajo voltaje.
23 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Tabla de conexión de terminales de motor de 9 Puntas en Estrella A continuación veraz una tabla que te servirá de leyenda del diagrama de conexión anterior, que te indicara como se conectaran cada uno de los terminales del motor. Con esto podrás realizar la conexión de cualquier motor de 9 terminales que posea estrella interna tanto para la mayor como para la menor tensión. TENSIÓN L1 L2 L3 ÚNASE MENOR T1, T7, T6 T2, T8, T4 T3, T9, T5 <– MAYOR T1 T2 T3 T7-T4, T8- T5, T9-T6
24 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Algunos diagramas de conexiones cuentan con tablas, que nos guían indicándonos que terminales se unen. El diagrama de conexiones tiene esa función, guiarnos a conectar el motor, sin embargo, la función de los diagramas de interpretación es facilitar la lectura y comprender la relación que guardan los elementos en un circuito. Cambio de voltaje de 440 a 220 voltios Para realizar el cambio de voltaje de un motor de 9 terminales, como vimos anterior mente solo tenemos que variar ligeramente la conexión. Por ejemplo en estrella interna, solo debemos conectar los devanados en Serie y con esto podríamos usar la Mayor tensión de 440v, en caso de quieres usar la menor tensión de 220v solo deberías conectar el motor como se muestra en el diagrama en donde quedaría una doble estrella en paralelo. Conexión de motor de 12 puntas Características de un motor de 12 terminales Para seguir adentrándonos en el tema comenzaremos por presentarte las principales características que tiene un motor de 12 terminales: • Se fabrican con una relación de voltaje de 2 a 1, o sea, tiene que tener una tensión nominal doble de la otra, por ejemplo, 230/460 V o también 220/440 V. • Tiene dos tipos de conexiones: “Conexiones Tipo Delta “o “Conexiones Tipo ESTRELLA”, cada tipo puede ser conectado en paralelo (para bajo voltaje) y en serie (para voltaje alto).
25 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA • En potencias bajas (hasta 40 HP) las conexiones más utilizadas son Estrella, en potencias más altas las conexiones utilizadas son Delta. ¿Cuántas conexiones se puede realizar con un motor de 12 puntas? Los motores de 12 terminales son motores eléctricos trifásicos asíncronos que se fabrican bajo las normas de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de Estados Unidos (NEMA). Su principal diferencia con los motores de 9 terminales es que no tienen ninguna conexión interna. Esto les permite tener todos los terminales accesibles para conectar las tres fases en estrella o triángulo, según la tensión nominal que se requiera. De este modo, tenemos cuatro combinaciones posibles de tensión nominal: 220/380/440 (760) V este último solo para el arranque. Una ventaja de los motores de 12 terminales es que son más versátiles y adaptables a diferentes aplicaciones que requieren distintas tensiones nominales. A continuación, te mostraré las distintas conexiones que se pueden realizar en este tipo de motores. Un motor Trifásico con 12 Terminales puedes conectarlo en: • Triángulo serie y o triángulo paralelo • Estrella y Triángulo • Estrella y Doble Estrella Conexión triángulo paralelo (220 V) La conexión triángulo paralelo es una de las opciones más comunes para conectar un motor eléctrico de 12 terminales a una fuente de alimentación de 220 V. Se hace conectando dos triángulos en paralelo, de forma que cada bobina recibe la misma tensión que la línea.
26 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA En este tipo de conexión, los terminales del motor se agrupan en tres conjuntos de cuatro terminales cada uno. Los conjuntos se conectan en un patrón de triángulo, donde se une el final de una bobina de cada conjunto con el principio de la siguiente hasta cerrar la conexión formando un triángulo. A continuación, te muestro los pasos para realizar esta conexión: A L1 irán los terminales: T1, T7, T12, Y T6 A L2 irán los terminales: T2, T8, T4 y T10 A L3 irán los terminales: T3, T9, T5 y T11 Conexión estrella paralela (380 V) En esta conexión, las tres fases se conectan en estrella (también conocida como Y), y las tres conexiones en estrella se conectan en paralelo para formar el sistema trifásico completo.
27 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Siendo igual a la tensión nominal igual a raíz cuadrada de 3 veces la primera. A continuación, te mostraremos los pasos a seguir para conectar los terminales. A la L1 irán T1 y T7 A la L2 irán T2 y T8 A la L3 irán T3 y T9 Ahora necesitamos unir los terminales que formaran la estrella: T4, T5, T6, T10, T11 y T12 En cuanto a la tensión nominal de este sistema, se cumple que la tensión de fase (es decir, la tensión entre una fase y el punto neutro en la conexión estrella) es igual a la tensión nominal del sistema dividida por raíz cuadrada de 3 (aproximadamente 1.732). Por lo tanto, la tensión de línea (es decir, la tensión entre dos fases en la conexión paralela) es igual a la tensión nominal del sistema.
28 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Por ejemplo, si la tensión nominal del sistema es de 380 V, entonces la tensión de fase sería de 380 V/1.732 = 219 V, y la tensión de línea sería de 380 V. Conexión triángulo serie (440 V) La tensión nominal es igual al doble de la primera opción. A continuación, te muestro los pasos para realizar esta conexión: A la L1 irán T1 y T12 A la L2 irán T2 y T10 A la L3 irán T3 y T11 Ahora necesitamos unir los terminales que formaran la estrella: T4 y T7, T5 y T8, T6 y T9 Conexión estrella serie (760 V)
29 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA La tensión nominal igual a 3 veces la tercera opción. No obstante, como esta tensión sería mayor que 690 V, es indicada apenas como referencia de conexión estrellatriángulo. A continuación te muestro los pasos para realizar esta conexión: A la L1 irán T1 A la L2 irán T2 A la L3 irán T3 Ahora necesitamos unir los terminales que formaran la estrella: T4 y T7, T5 y T8, T6 y T9, luego necesitamos hacer el punto común que forma la estrella T10, T11 y T12.
30 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 4. CONEXIÓN EN ALTA Y BAJA Cómo conectar un alta y baja tensión Motor trifásico Conexión de un motor trifásico de la fuente de alimentación puede tomar una de dos formas dependiendo del estilo de bobinados de motores utilizados por el fabricante. Los motores están disponibles en los bobinados en forma de Y y bobinados de estilo Delta. El estilo determina cómo conectar los cables a la fuente de alimentación. Instrucciones 1 Determinar los bobinados de estilo en su motor. A continuación, etiquetar cada cable con un número entre 1 y 9. 2 Utilice el multímetro ajustado a prueba de continuidad para comprobar qué cables se conectan dentro del motor. Para un motor en forma de Y, los siguientes conjuntos de cables muestran conectividad: 1-6, 2-5, 3-6 y 7-8-9. Para un motor de estilo Delta, los siguientes conjuntos de cables muestran conectividad: 7-2-5, 4-1-9 y 6-3-8. 3 Colocar el motor de alta tensión mediante el uso de tuercas de cable para conectar el alambre de 6 a 9 de alambre, alambre de alambre de 5 a 8 y 4 hilos de alambre de 7 de un motor en forma de Y. En un motor de estilo Delta, utilizar tuercas de cable para conectar el alambre 6 de alambre 9, alambre de 4 a 7 de alambre y el alambre 5 de alambre 8. Estas conexiones utilizan todos los devanados en el motor. A continuación, conecte las líneas eléctricas a cables 1, 2 y 3. La conexión de las
31 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA líneas de energía al motor es el mismo, independientemente de si está utilizando una en forma de Y o motor estilo Delta. 4 Ajuste el motor de baja tensión mediante la conexión de los cables 4, 5 y 6 juntos en un motor en forma de Y y la conexión de las líneas de alimentación a los cables 1, 2 y 3. Conectar las tres líneas de alimentación a un motor de estilo Delta mediante el uso de una tuerca de alambre para atar los siguientes conjuntos de cables juntos, 1, 6 y 7 de la línea de alimentación 1; 2, 4 y 8 a la línea de alimentación 2; y el 3, 5 y 9 a la línea de alimentación 3. 5. CONEXIÓN EN ESTRELLA Y DELTA CONEXIONES ELÉCTRICAS TIPO ESTRELLA Y DELTA, ¿QUE SON Y PARA QUE NOS SIRVEN? Los arreglos tipo estrella y delta, se utilizan para la conexión de motores de inducción, alternadores y transformadores. Por ejemplo, los motores trifásicos, tienen tres embobinados independientes, uno para cada fase. Cada embobinado tiene dos terminales, de tal manera que tenemos un total de 6 terminales, que podemos numerar como 1 y 4, 2 y 5 así como 3 y 6. La fuente de energía eléctrica trifásica, tiene tres terminales, que designaremos como A, B y C y que se deberán conectar a los embobinados del motor que se describieron anteriormente, pero como hacemos eso? Los embobinados del motor, pueden ser conectados en la configuración tipo estrella, en donde las terminales 4,5 y 6 se conectan juntas y las fases eléctricas
32 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA A,B y C a las terminales del motor 1,2 y 3 Este tipo de conexión, se asemeja a una “Y” o estrella de allí su nombre. El motor, también se pueden conectar en una configuración tipo “DELTA”, en donde la fase A se conecta a las terminales 1 y 6, la fase B a 2 y 4 y la fase C a 3 y 5. Gráficamente, esto asemeja a la letra griega Delta, con la energía aplicada a cada vértice de la figura. ¿Cuáles son las diferencias operativas entre “Estrella” y “Delta”? “ESTRELLA” En un sistema conectado en configuración “Estrella”, el voltaje de línea Vl = √3Vf , es decir el voltaje de fase Vf es raíz de 3 veces menor que el voltaje de línea Vl En una conexión “Estrella” la corriente de línea es igual a la corriente de fase. Los sistemas conectados en “Estrella”, requieren un menor nivel de aislamiento. Los sistemas de conexión “Estrella”, se usan cuando se requiere una baja corriente de arranque “DELTA” En un sistema conectado en configuración “Delta”, el voltaje de línea Vl es igual al voltaje de fase Vf. Mientras que la corriente de fase es raíz de 3 veces menor que la corriente de línea El nivel de aislamiento, es alto, ya que el voltaje de línea Vl es igual al voltaje de fase.
33 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Este tipo de conexión, generalmente se emplea cuando se requiere un alto torque de arranque. 6. TIPOS DE ARRANQUES Asesor en ingeniería eléctrica y supervisión de obras Figura 1. Bornes de las bobinas estatóricas. A partir de los aspectos constructivos y sus parámetros básicos, se continuará con la forma de arrancar e invertir el sentido de giro. Si bien se enunciaron las formas de arrancar, a continuación, se tratará particularmente el denominado “estrella-triangulo”, luego de lo cual se expondrá sobre la forma de invertir el sentido de giro, como lo exigen algunas aplicaciones,
34 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA debido a las características del equipo impulsado, no sin descuidar las implicancias que tienen estas disposiciones para las instalaciones eléctricas que los alimentan. Introducción La puesta en marcha significa, por un lado, que el motor eléctrico trifásico (MET) comience a impulsar la carga a la cual está acoplado y, por otro lado, su inserción en la instalación eléctrica (IE). Ambas acciones tienen importantes connotaciones en el sistema mecánico y eléctrico; no se debe descuidar que en el proceso de la segunda hay riesgo de afectar a otros de los usuarios del sistema del sistema eléctrico. Estas consideraciones también deben tenerse en cuenta cuando se efectúa el cambio del sentido de giro.Figura 2. Esquema de conexiones de los bornes Tipos de arranque de los motores eléctricos trifásicos Arranque de tensión reducida Existen diversas formas constructivas, la más simple es la llamada “estrellatriángulo”, otras pueden ser: emplear resistencias estatóricas, mediante transformador de arranque y con dispositivos electrónicos como lo son los denominados “arrancadores suaves”.
35 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA A continuación, se tratará solamente el primer método por ser el más comúnmente empleado, o sea cuando no existen condiciones especiales de arranque, acelerado y frenado. Este método puede ser automatizado, cuando la naturaleza de las funciones que cumple o cuando se trata de potencias relativamente grandes así lo requieran, para lo cual se necesita emplear contactores y dispositivos auxiliares como temporizadores, luces de señalización, etc. convenientemente conectados.Figura 3. Chapa de características de un motor trifásico Arranque estrella-triangulo automático Constructivamente, se pueden tener tres disposiciones para este método: la clásica del tipo electromecánico automático, electromecánico manual y de estado sólido. Las consideraciones funcionales que se hagan son idénticas para todos ellos, porque básicamente este sistema consiste en suministrarle alternativamente dos tensiones a los bobinados del estator mediante una conmutación apropiada. Las conexiones en los bornes de la caja de conexión para un caso y para el otro se pueden ver en la figura de conexión de bornes
36 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Para suministrarles estas tensiones a los bornes de los bobinados del estator, se puede recurrir a los contactores comandados por un circuito de control adecuado (electromecánico o electrónico) o bien a interruptores conmutadores manuales. En el primer caso, la conmutación se hace con un temporizador, prefijando el tiempo de acuerdo a lo que se requiera para llegar a la velocidad nominal del motor, lo cual a su vez depende de la inercia del equipo acoplado. El MET destinado a arrancar mediante este método requiere que, constructivamente, los extremos de las bobinas del estator sean accesibles en la placa de bornes dentro de la caja de conexiones. Otra característica se puede apreciar en la chapa, en donde, si la tensión nominal indica ‘220/380 V’, es posible conectarlo a la red: en estrella 3 x 380 volts o en triángulo 3 x 220 volts (ver figura 3). En cambio, si la placa reza ‘380/660 V’, el MET puede funcionar en triángulo en una red de 3 x 380 volts y también en estrella con una red de 3 x 660 volts. Aclaro que no existen redes de 3 x 660 volts, pero esto indica a su vez que el MET es apto para arrancar en estrella-triángulo. Figura 4. Circuito FM de arranque estrella-triánguloLas bobinas del estator tienen sus terminales marcados con las letras normalizadas ‘U’, ‘V’, ‘W’ para los principios de bobinas ‘X’, ‘Y’, ‘Z’, para los finales de bobinas (ver figura 2). Los terminales están en la placa de bornes dentro de la caja de conexiones, lugar en donde se conectan los cables destinados a proveer la energía eléctrica necesaria. En la figura de arranque estrella delta se pueden ver las dos formas de conexión de los MET a una instalación eléctrica trifásica. En el caso de la izquierda, en estrella, y a la derecha, en triángulo. En ninguno de los casos se emplea el neutro, aunque
37 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA sí se debe conectar la carcasa al sistema de puesta a tierra en el borne dispuesto para ello. Este tipo de arranque consiste en poner en marcha el MET conectándolo en estrella y, una vez que arrancó, al cabo de un cierto periodo de tiempo, cuando alcanzó su marcha estable, se lo pasa a triángulo, quedando así en funcionamiento para el uso previsto. Cuando el motor eléctrico está conectado en estrella, la tensión aplicada a cada bobina es de 220 volts, y cuando está conectado en triángulo, es de 380. Con este artificio, se consigue aplicar una tensión 1,73 veces menor en el momento de arranque, disminuyendo de esta manera la corriente de arranque. Es solo dos veces la nominal, con lo cual se minimiza el efecto producido a la red de baja tensión antes mencionado. La corriente inicial de arranque en ese momento se reduce al 59 por ciento. Si se estima que tiene una corriente eléctrica de arranque de 6 In, la corriente eléctrica de arranque inicial será: (1) Iarr inicial = 6 x In x 0, 5773 = 3,46 A
38 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Circuito funcional de arranque estrella-triángulo El par motor es función del cuadrado de la tensión aplicada, por tal causa, en el momento del arranque es el 33,33 por ciento de la nominal. Conclusión: con este método se logra disminuir la corriente eléctrica de arranque, pero se sacrifica el par en ese momento.
39 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Arranque estrella-triangulo manual En la figura 6 se muestra el circuito de un arranque estrella-triángulo electromecánico de accionamiento manual, para lo cual es necesario emplear un interruptor-conmutador fabricado especialmente para esta función y que se puede encontrar fácilmente en el mercado local. Su aplicación está reservada a MET de pequeñas potencias con puestas en marcha esporádicas. A partir de la posición de reposo (0), accionando el interruptorconmutador a la posición ‘Y’, los bobinados se conectarán a la instalación eléctrica en estrella y luego de un cierto tiempo (cuando el mismo haya alcanzado una cierta velocidad estable, lo cual debe ser apreciada por el operador) se accionará nuevamente el interruptor conmutador llevándolo a la posición ‘D’. En esta última posición, los bobinados pasarán a estar conectados en triángulo, permaneciendo de esta manera durante el tiempo de funcionamiento del equipo acoplado. En el circuito de la figura no se incluyó la protección por cortocircuito y sobrecarga ex profeso, aunque no escapa a las consideraciones para la protección de los MET. Sistemas de estado sólido
40 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA En los sistemas de estado sólido puede haber variantes constructivas. Para ciertas potencias existen arrancadores estrella-triángulo de estado sólido que se presentan como una sola unidad e incluyen las protecciones del MET. Otra de las formas lo constituyen los equipos de arranque con tensión reducida denominados “arranques suaves” o “arranques progresivos”. Estos últimos permiten arrancar con alto par y baja corriente. El empleo de estos sistemas no está aún generalizado para aplicaciones comunes, se los emplea cuando la exigencia de la carga lo requiere, sobre todo en el ámbito industrial. 6. CAMBIOS DE GIRO Inversión de marcha de los motores eléctricos trifásicos Una posibilidad que presentan los MET es la de invertir el sentido de giro. El cambio de sentido de marcha también es posible mediante un interruptorconmutador, el cual se acciona manualmente.
41 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Frenado de los motores eléctricos trifásicos
42 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA La necesidad de frenar un MET no es tan común, pero hay muchas aplicaciones que lo requieren por razones operativas o de seguridad. Cuando se quiere detener la marcha de un MET, lo primero que se debe hacer es desconectarlo de la instalación eléctrica, o sea interrumpir el suministro de la energía eléctrica. Una vez que esto ocurre, puede ser que la inercia del equipo acoplado haga que el conjunto se detenga, siga girando o bien que invierta el sentido de giro (caso de una grúa o un ascensor). Cualquiera de las dos últimas situaciones entraña un riesgo tanto sea para los operadores, como para el proceso en sí y para la producción, es por eso que se debe emplear un sistema de frenado. Otras situaciones que también pueden darse son, por ejemplo, máquinas operadas por personal que vea comprometida su seguridad y deba pararla; en este caso se debe hacer una parada de emergencia. Distinto es cuando por cuestiones del proceso de debe detener cuando finaliza una tarea o bien antes de invertir el sentido de giro para continuar. Circuito FM de inversión de marcha Para poder realizar cualquier tipo de parada normal, en emergencia, de proceso, etcétera, se hace necesario contar con algún dispositivo o equipo auxiliar. La determinación de sistema apropiado la hacen quienes se ocupan de diseñar el sistema de control, para lo cual cuentan con las siguientes posibilidades:
43 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Freno mecánico acoplado al eje del motor. Puede ser interno o externo al mismo. Se forma con dos zapatas que se acciona contra un volante fijo al eje del motor. Mediante resortes se trata que las zapatas se cierren sobre el volante, pero un electroimán se lo impide. Este último se energiza en el mismo momento en que se
44 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA conecta el MET, al desconectarse este también lo hace el electroimán y es el momento en que los resortes accionan las zapatas contra el volante. Frenado por inyección de corriente continua. Es un sistema electromecánico que una vez desconectado el motor se le inyecta una corriente continua proveniente de una fuente dispuesta para esta maniobra. En el caso de los variadores de velocidad o arrancadores suaves, esta función puede estar incluida en el circuito de los mismos. Sentidos de giros de motores eléctricos trifásicos
45 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Circuito funcional para la inversión de marcha Esquema de frenado por corriente continua
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47 MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA 7. PRACTICAS VARIAS. Arranque estrella-delta y cambio de giro p Para un motor trifásico de 6 puntas