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Motores asincronos

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  • 1. MOTORES ASINCRONOS PEDRO SANTIAGO PINTADO TORRES un idóneo para evitar incurrir en penalizaciones, o de forma aún más directa,Introducción utilizando motores de alta eficienciaLos motores asíncronos trifásicos pueden identificados con la sigla "EFF1", conincluirse entre las máquinas eléctricas más características constructivas y materiales muyfiables que existen; desarrollan su función avanzados que permiten reducir el consumodurante muchos años con intervenciones de eléctrico hasta el 20%mantenimiento muy reducidas y se adaptan 1 El motor asíncrono trifásicoa distintas prestaciones en función de las Tipos y usosexigencias, cubriendo tanto aplicaciones de El motor asíncrono trifásicoproducción como de servicio. puede ser:Los motores se utilizan en los sectores - con rotor bobinado, llamado también deindustriales más variados, como por ejemplo anillos, o bienlas industrias alimentaria, química, - con rotor en cortocircuito, o más conocidometalúrgica, papelera, minera o las como rotor de jaula de ardilla.instalaciones de tratamiento de aguas. Las La diferencia principal entre los dos tiposaplicaciones incluyen máquinas con piezas reside en la estructura del rotor; para ser másmóviles a velocidad fija o variable, como por precisos, en el primer tipo el rotor estáejemplo los sistemas de elevación, como constituido por varios devanados como los delascensores o montacargas; de transporte, estátor, presenta una estructura más complejacomo las cintas transportadoras; los y delicada (escobillas que rozan con el rotor,sistemas de ventilación y climatización, con la posible interposición de resistenciascomo las unidades de tratamiento del aire; sin para el control de la fase de arranque) conolvidar el que es probablemente el uso más necesidad de mantenimiento periódico ycomún: las bombas y los compresores. dimensiones generales elevadas, mientras que el segundo tipo tiene un rotor constituido porEstas indicaciones evidencian por qué el ba- rras cerradas en cortocircuito, por lo que,motor asíncrono trifásico puede considerarse gracias a una mayor simplicidad constructiva,como la máquina eléctrica más ampliamente da origen a un tipo de motor muy simple,utilizada en el entorno industrial (el consumo robusto y económico.de energía de los motores eléctricos constituye Gracias al desarrollo de la electrónica deaproximadamente el 75% del consumo total control, que permite la regulación de ladel sector industrial). A la luz de estos datos velocidad de un modo muy simple y eficaz,se entiende por qué es tan importante para la todas aquellas aplicaciones que prio- rizabaneconomía empresarial y para la mejora de la la utilización de motores sujetos a tener en sueficiencia energética en general, potenciar propio comportamiento intrínseco launa reducción del consumo eléctrico (el posibilidad de una regulación de la velocidadcoste de un motor durante su vida útil se (motores de corriente continua o motores dedebe en aproximadamente un 98% al anillo) han cedido su puesto a los motoresconsumo de energía y en el 2% restante a asíncronos, en particular a los de jaula delos gastos de compra y mantenimiento) ardilla, que se utilizan comúnmente pararecurriendo, por ejemplo, a la utilización de controlar bombas, ventiladores, compresoresaccionamientos de velocidad variable y muchas otras aplicaciones industriales.mediante inversores, o bien realizando una ABB produce y comercializa una gamacorrección del factor de potencia para tener completa de mo- tores de baja tensión, desde los
  • 2. de aplicaciones simples hasta los de • Motores estándar con carcasa aplicaciones más complejas. ABB ofrece de acero de 75 a 630 kW siempre la solución más idónea y rentable, • Motores estándar con carcasa de proponiendo motores para todo tipo de usos. fundición de hierro de 0,25 a 250 kW En referencia a las aplicaciones más comunes, • Motores con protección IP23 de 75 a 800 puede identificarse un ámbito de aplicaciones kW definido como de "uso general" cuyos • Motores de frenado automático de motores están destinados a las aplicaciones 0,055 a de los OEM o fabricantes de equipos 22 kW originales y que pueden solicitarse • Motores monofásicos de 0,065 a 2,2 kW directamente a los distribuidores de todo el • Motores integrados con inversor de mundo. 0,37 a 2,2 kWLos motores de esta categoría se caracterizanpor una calidad constructiva elevada y tienen Los motores ABB están provistos de lacomo destinatarios preferentes a los marca CE y cumplen con las principalesfabricantes de ventiladores, bombas, normas internacionales y nacionales delcompresores, equipos de elevación, etc. sector (también reconocidas por la Comi- siónSatisfacen la clase de eficiencia "EFF2" y Electrotécnica Internacional, IEC), portambién están disponibles en la clase de ejemplo las normas IEC 60034-1, IECeficiencia "EFF1" si se desea. 60034-2, IEC 60034-8 e IEC 60034-12, referentes a los aspectos de tipoLa gama de motores ABB definida como de eléctrico, y las normas IEC 60034-5, IEC"uso gene- ral" comprende los siguientes 60034-6, IEC 60034-7, IEC 60034-9, IECtipos: 60034-14 e IEC 60072, para el sector • Motores estándar con carcasa de mecánico. aluminio de 0,06 a 95 kWProteccion y maniobra de un asincrono Un aspecto importante que se ha de tener en norma que compete a este tema, la IEC cuenta en la selección y la realización del 60947-4-1 "Contactores y arrancadores sistema para el arranque y el control del electromecánicos", que se aplica a los motor es el relativo a la seguridad y a la contactores de corriente alterna y de corriente fiabilidad de la solución realizada. Las continua y a los arrancadores cuyos principales causas de defecto en los motores contactos principales están destinados a se deben al cortocircuito que ocurre, por conectarse a circuitos cuya tensión nominal no ejemplo, debido a la humedad, la grasa, el supere 1000 Vca o 1500 Vcc. polvo entre los devanados o por una 2.1 Principales definiciones normativas de sobrecarga. Las sobreintensidades que carácter general resultan del defecto provocan sobretemperaturas que pueden dañar el motor En referencia a la norma IEC 60947-4-1 de forma irreversible y pueden también citamos algunas definiciones de carácter originar incendios en el entorno. general que ayudan a comprender el significado El arranque constituye por tanto una fase y la función de los principales componentes particularmente crítica para el motor y para la eléctricos utilizados para el control de un instalación que lo alimenta, e incluso el motor. funcionamiento nominal necesita ser moni- Arrancadores para motores de corriente torizado y protegido adecuadamente frente a alterna Asociación de aparatos destinados a: posibles anomalías de funcionamiento. arrancar y acelerar los motores hasta su Con este objetivo es necesario e importante velocidad de régimen, asegurar su dimensionar y escoger correctamente los funcionamiento continuo, desconectarlos de aparatos eléctricos que realizan el arranque y la red de alimentación y asegurar la la maniobra del motor. Empezamos a protección de los propios motores y de los adentrarnos en este campo identificando la circuitos asociados a los mismos contra
  • 3. sobrecargas de funcionamiento. Los relés de definido a conti- nuación. sobrecarga para arrancadores, incluidos los Arrancadores en estrella- basados en la tecnología del estado sólido, triángulo deben satisfacer las prescripciones de la Arrancadores destinados a arrancar un motor presente norma. trifásico con los devanados del estátor conectados en estrella y a asegurar el Arrancadores funcionamiento continuo con los devanados del directos estátor conectados en triángulo. Deben asegurar Arrancadores que aplican la tensión de línea a las funciones de maniobra y protección como en los termi- nales del motor en una sola la definición general. Los arrancadores en operación; están destinados a arrancar y acelerar estrella-triángulo, tratados en la presente norma, motores hasta su velocidad de régimen. Deben no están destinados a la inversión rápida de los asegurar las funciones de maniobra y motores y, por lo tanto, no se aplica la ca- protección como en la definición general. tegoría de utilización AC-4. Además, se introducen dos puntualizaciones La norma también contempla otros tipos de adicionales basadas en la modalidad de arrancadores (arrancadores con maniobra admitida para el motor y, en autotransformador, arrancadores reos- táticos particular, para la inversión del sentido de estatóricos) para cuya definición se recomienda rotación. consultar la propia norma. Arrancador inversor Los arrancadores de los que trata la normaArrancador destinado a provocar la inversión no están previstos generalmente para ladel sentido de rotación del motor, invirtiendo las interrupción de las co- rrientes deconexiones primarias, incluso si el motor está en cortocircuito. Por lo tanto, debe preverse unafuncionamiento. protección adecuada contra los cortocircuitosArrancador en la instalación.reversibleArrancador destinado a provocar la inversión Una vez definido el arrancador en lo que a susdel sentido de rotación de un motor, invirtiendolas conexiones pri- marias, sólo cuando el funciones y sus componentes se refiere, lamotor está parado. norma proporciona una clasificación y unaArrancadores de corriente alterna con categorización adicionales a partir de latensión reducida asociación del arrancador con un dispositivoArrancadores de corriente alterna con tensión de protección contra cortocircuitos, haciendoreducida destinados a arrancar y acelerar motoreshasta su veloci- dad de régimen, conectando la referencia a sus modalidades de montaje y detensión de línea a los ter- minales del motor a cableado con el propio arrancador, como seescalones sucesivos, o aumentando indica a continuación. Comenzaremosgradualmente la tensión aplicada a losterminales. Deben asegurar las funciones de definiendo, conforme a la norma IECmaniobra y protección como en la definición 60947-2 "Aparamenta de baja tensión Parte 2:general. Para controlar las maniobras su- cesivas Interrup- tores automáticos", el dispositivo dede un escalón al siguiente pueden utilizarse, por protección utilizado normalmente, o sea, elejemplo, contactores, relés temporizados oproductos similares. interruptor, como:El tipo de arrancador con tensión reducida máscomún es el arrancador en estrella-triángulo Aparato mecánico de maniobra capaz de seccionamiento. establecer, so- portar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, así como Arrancador de establecer, soportar durante un tiempo protegido especificado e interrumpir corrientes en condi- Aparamenta que consiste en un arrancador y un ciones anómalas del circuito, como por dispositivo de protección contra cortocircuitos, ejemplo las de cortocircuito. descubierta o en en- volvente, montada y A continuación pasamos a definir y cableada siguiendo las instrucciones del diferenciar el con- junto de los aparatos de fabricante del arrancador. El dispositivo de maniobra y protección con las siguientes maniobra controlado manualmente y el dispositivo de protección contra cortocircuitos definiciones: pueden estar constituidos por un único Arrancador dispositivo y pueden tener incorporada también combinado la protección contra sobrecargas. Aparamenta que consiste en un arrancador y un dispo- sitivo de protección contra En la definición del arrancador se habla de cortocircuitos, montada y cableada en una aparato de maniobra que se puede identificar envolvente específica. El dispositivo de en un contactor y de un aparato para la maniobra y protección contra cortocircuitos puede ser una unidad combinada con fusibles, protección contra sobrecargas de un seccionador con fusibles o un interruptor funcionamiento identificable en un relé automático con o sin funciones de térmico. Veamos ahora cómo define la norma
  • 4. IEC 60947-4-1 estos dos componentes del prescripciones especificadas, de manera que se arrancador. asegure la protección del motor que estuviera funcionando en condiciones anómalas. La norma especifica diversos campos de aplicación para los contactores y los arrancadores introduciendo el con- cepto de Contactor categorías de utilización o empleo. (mecánico) Categoría de Aparato mecánico de maniobra con una sola utilización posición de reposo, de accionamiento no manual, capaz de esta- blecer, soportar e Se identifican diversas categorías de interrumpir corrientes en condiciones utilización caracteri- zadas por las normales del circuito, incluidas las aplicaciones resumidas en la tabla 1. Cada condiciones de sobre- carga de maniobra. categoría de utilización identifica prestaciones mínimas bien definidas para el Relé de protección de contactor (por ejemplo, campo de aplicación sobrecarga o capacidad nominal de interrupción) según Relé multipolar de protección de valores de corriente, tensión, factor de sobrecarga térmico que interviene en caso potencia o cons- tante de tiempo y de sobrecorrientes de carácter moderado condiciones de prueba especificadas en la (sobrecargas) sobre el circuito que alimenta norma. el motor. Para la aplicación a menudo se requiere de un aparato que intervenga incluso en el caso de falta de fase, según las Tipo Categor de ía de corrie utilizac Aplicaciones típicas (1) nte AC ión Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de resistencia AC -1 Motores de anillos: arranque, paro AC -2 Motores de jaula de ardilla: arranque, paro del motor durante la marcha (2) AC -3 Motores de jaula de ardilla: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por AC-5a Control de lámparas de descarga -4 impulsos Corri AC-5b Control de lámparas incandescentes ente AC-6a Control de transformadores alter na AC-6b Control de baterías de condensadores AC-7a Cargas ligeramente inductivas en aplicaciones domésticas y similares AC-7b Cargas de motores en aplicaciones domésticas AC-8a Control de motores para compresores herméticos de frigoríficos con rearme AC-8b manual del relé de sobrecarga Control de motores para compresores herméticos de frigoríficos con rearme DC Cargas no del relé de ligeramente automáticoinductivas osobrecarga inductivas, hornos de resistencia -1 Motores en derivación: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por Corri DC Frenado ente impulsosdinámico de motores de CC conti -3 Motores en serie: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por impulsos nua DC Frenado dinámico de motores de CC -5 DC Control de lámparas incandescentes -6 (1) En lo referente al campo de aplicación relacionado con el arranque de los motores, para los arrancadores directos se consideran normales las aplicaciones para las que los arrancadores pertenecen a una o más de las categorías de utilización AC-3, AC-4, AC-7b, AC-8a y AC-8b; para los arrancadores en estrella-triángulo, se consideran de uso común las aplicaciones para las que los arrancadores pertenecen a la categoría de utilización identificable con AC-3. (2) Normalmente las aplicaciones más comunes prevén arrancadores directos para la maniobra de motores trifásicos asíncronos de jaula de ardilla, por lo que incluso en este caso se hace referencia sólo a la categoría AC-3. Para esta aplicación, la norma admite condiciones de funcionamiento ligeramente diversas a las prescripciones dadas por la categoría AC-3 y admite una utilización para maniobras esporádicas por impulsos o frenados a contracorriente por periodos limitados, como los relativos al posicionamiento de la máquina; durante dichos periodos limitados, el número de estas operaciones no debería superar la cifra de cinco por minuto o de diez en un periodo de 10 minutos. estátor, que se puede definir como elEstructura del motor asíncrono conjunto de las partes fijas cuya función es sostener, al menos parcialmente, la máquina, Para comprender mejor cómo está estructurado pero fundamentalmente constituye la parte un mo- tor asíncrono trifásico, del circuito magnético que contiene los proporcionamos a continuación una breve devanados inductores alojados en las ranuras descripción de las principales partes que adecuadas a ese fin y en correspondencia con componen el mecanismo de rotación y en las su superficie interna. que se generan los fenómenos eléctricos de El estátor (representado en la figura 1) está los que deriva su funcionamiento. constituido por láminas de una aleación de El primer elemento que describimos es el acero al silicio o de acero macizo aisladas entre
  • 5. sí. De su estructura depende todo lo veces). concerniente a los flujos magnéticos variables en el tiempo que provocan pérdidas por El segundo elemento es el rotor, que está alojado histéresis (ligadas a la magnetización no lineal en el interior del estátor y constituye el circuito del material) y por corrientes parásitas inducido de la máquina. Para un motor de jaula inducidas. de ardilla, el rotor, tal y como se muestra en la En las ranuras adecuadas en la estructura de figura 2, está constituido por un sistema de las lámi- nas se insertan tres devanados barras conductoras (de cobre o aluminio) primarios (cada uno de ellos constituido por paralelas al eje de rotación, inyectadas más devanados interconectados de distinta directamente en las ranuras practicadas a lo forma), a los que se aplica la tensión de ali- largo de toda la periferia externa del núcleo mentación y que generan el campo magnético. ferromagnético. Los devanados estatóricos trifásicos pueden conectar- se en estrella o en triángulo, algo que es posible con motores dotados de 6 bornes, permitinedo alimentar un mismo motor con tensiones trifásicas de redes distin- tas. Por ejemplo, la doble indicación podría Figura 2: Rotor de un motor ser 230 V6 asíncrono trifásico - 400 VY o 400 V6 - 690 VY, donde el símbolo Y o 6 se refiere a la conexión de los devanados del estátor y Figura 1: Estátor de un motor asíncrono trifásico se entiende por ejemplo para el segundo caso Las barras se cierran en cortocircuito con dos anillos con- ductores posicionados en los (400 V6-690 VY) que los devanados del extremos, que constituyen también una fijación mecánica para las propias barras. Se obtiene así motor conectados en 6 un rotor extremadamente compacto y robusto, al que se fija también el eje del motor.pueden conectarse a una red trifásica a 400 V El campo magnético inducido, que constituye el(tensión concatenada, o sea, entre fase y fase), principio funcional del motor, hace girar el eje delmientras si para el mismo motor la conexión de motor convirtien- do así la energía eléctrica enlos devanados del estátor se realiza en Y, el energía mecánica.mismo motor puede conectarse a una red dealimentación a 690 V (los devanados en Y seránsometidos a la tensión de red reducida 3 También existen otros componentes principales son: mecánicos presen- tes en el motor. Los - los dos cojinetes montados sobre el
  • 6. estátor con la función de apoyar el eje del motor; - la carcasa, que con las aletas, elimina el calor produ- cido sobre todo por el estátor y que contiene también la bornera de conexión; - el ventilador, que proporciona la refrigeración. En la figura 3 se ofrece una vista de conjunto y otra seccionada del motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla.Figura 3: Vista de conjunto y seccionada de un motor asíncrono Estátor con devanados estatóricos Ventilador Borner de a refrigeraci ón Flujo del aire de refrigeración Eje motor Rotor de jaula de ardilla Cojinete
  • 7. 5 Identificación de un motor asíncrono: Un motor se caracteriza por diversos Teniendo a disposición un sistema de distribución trifási- co a 400 V (tensión fase- parámetros eléc- tricos y de tipo constructivo neutro 230 V, fase-fase 400 V), el motor sólo que identifican el correcto campo de puede conectarse en estrella. En la conexión en aplicabilidad. El conjunto de todos estos triángulo, los devanados del motor recibirían parámetros constituye los datos de 400 V, cuando han sido diseñados para una tensión de 230 identificación de la máquina que figuran en V; por lo tanto, el motor considerado no resulta una placa colocada en el motor. idóneo para la conexión a la red del ejemplo con A continuación se proporciona una breve los devanados conectados en triángulo. descripción de los principales parámetros En resumen, un motor que disponga de doble contenidos en los datos de la placa, de un modo tensión más genérico para los parámetros de naturaleza de empleo podría ser utilizado en las siguientes eléctrica que son los más notables y los de más confi- guraciones: fácil interpretación y prestando más atención - devanados con conexión sólo en triángulo sobre los que quizás sean menos conocidos y alimentados con la tensión inferior; relativos a las condiciones de trabajo o - devanados con conexión sólo en estrella ambientales. alimentados con la tensión superior; Los parámetros eléctricos y mecánicos que - devanados con conexión en Y/6 (con seis constituyen conductores al motor) con configuraciones en los datos de la placa de un motor identifican las Y en el arranque y en presta- ciones nominales y son: 6 en marcha normal, posible cuando el valor - la potencia en kW que representa la potencia inferior de la tensión nominal del motor mecánica nominal disponible en el eje. En coincide con la tensión de la red de muchos países es habitual expresar la alimentación; potencia mecánica disponible en el eje del - la intensidad nominal asociada a la potencia motor también en caballos de vapor (1 CV en y a la tensión a través de los parámetros de el sistema anglosajón equivale a 745,7 W; 1 rendimiento "d" y factor de potencia nominal CV en el sistema métrico, a 736 W). "cos "; - la tensión de alimentación del motor, por - la velocidad de rotación en rpm relativa a la ejemplo 230 frecuencia (50 Hz o 60 Hz) y al número de V6, 400 polos. VY. La otra información proporcionada en los información sobre la protección contra el datos de la placa, y como se ha dicho acercamiento o el contacto con partes anteriormente con un signi- ficado menos explícito o más difícilmente reconocible, es la bajo tensión, contra el contacto con referente a: partes en movimiento dentro de la - tipo de servicio: debe ser especificado por el envolvente y la protección de la máquina usuario del motor (clasificaciones proporcionadas por la norma IEC 60034-1 contra la introducción de cuerpos sólidos "Máquinas eléctricas rotativas. Parte 1: extraños. Características nominales y características de La segunda cifra característica indica el funcio- namiento") y sirven para determinar las características grado de protección proporcionado por la nominales que la máquina debe tener en envolvente contra la entrada de agua. función del tipo de servicio. Si no se - clase térmica: indica un límite de especifica el tipo de servicio, el motor se temperatura admitido por los devanados considerará idóneo para el tipo de servicio S1 (servicio continuo). Para una profundización del motor. Se expresa a través de clases de sobre los tipos de servicio, véase el apéndice aislamiento identificadas con letras, a las D; que se asocia la temperatura máxima- grado de protección clasificación IP: admitida por los devanados, como se indica el grado de protección muestra en la tabla 12. A menudo se proporcionado por el diseño integral de utilizan sistemas con clase de aislamiento las máquinas eléctricas rotativas F para los que se admite una (prescripciones y clasificación según la sobretemperatura de la clase B (tiene en norma IEC 60034-5 "Grados de cuenta un margen de seguridad de la vida protección proporcionados por el diseño del aislamiento). integral de las máquinas rotativas"). La primera cifra característica indica el grado de protección proporcionado por la en- Clase térmica Clase de volvente tanto para las personas como para temperatura las partes de la máquina alojadas en el A 105 interior de la envolvente. Proporciona E 120
  • 8. B 130 refrigeración". F 155 H 180 - código IM: es una indicación relativa aOtros códigos que permiten detallar aún la clasificación de los tipos demás los tipos de motor, pero que resultan construcción (característica de losbastante complejos de interpretar y relativos componentes de la máquina en cuantoa problemas no estrictamente ligados al a los dispositivos de fijación, el tipo deobjetivo de esta publicación, pueden ser: los soportes y la extremidad del eje) y de- código IC: es una designación relativa al las disposiciones de montaje de las método de enfriamiento y está compuesta máquinas eléctricas rotativas por cifras y letras que representan la (posicionamiento de la máquina en el disposición del circuito, el líquido de lugar de trabajo en relación con la línea de refrigeración y el método de circulación eje y con los dispositivos de fijación). de dicho líquido. Para más detalles, véase la norma IEC 60034-6 "Máquinas eléctricas rotativas. Parte 6: Métodos deBibliografía y paginas web.  Shrader, "Comunicación eléctrica", Mac- Graw-Hill.  Baumeister Theodore Avallone, Eugene A; Baumeister III, Theodore (1984). "Marks Manual del Ingeniero Mecánico tomo III" Mac-Graw-Hill de México, S.A. de C.V.  http://www.mitecnologico.com/Main/Mo torSincrono  http://www.monografias.com/trabajos22/ motor-sincrono/motor-sincrono.shtml  http://www.uv.es/emaset/iep00/descargas /motores-Sincronos-0809.pdf  http://www05.abb.com/global/scot/scot2 09.nsf/veritydisplay/58521ea95696bd3cc 12576cc004005a7/$file/1txa007104g070 1_c6.pdf

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