Arranque y frenado de motores de corriente alterna

Arranque y frenado de Motores de inducción Prof.: Fabricio Salgado D.

El problema del arranque
Elevada corriente.
Disminución de la tensión en la barra.
Disminución de la tensión en otras barras.
Choque mecánico.
Disminución del torque.
El calor disipado en el rotor durante el arranque, hasta la velocidad nominal final, es igual a la energía cinética final almacenada en las partes rotatorias.

El Valor pico máximo de la corriente en el arranque ( VPM ), no depende del valor de la carga.
En el circuito equivalente se puede sustituir el valor unitario de deslizamiento (S=1) que se tiene cuando el motor arranca, y se puede demostrar que el VPM sólo depende de los parámetros de la máquina eléctrica así como de los voltajes de estator y no de carga.

Nemas y Tipos de Arranques
El tipo de NEMAS permite clasificar los motores de inducción de acuerdo con sus características elementales, estas son:
Par de arranque.
Corriente nominal
Corriente de arranque
Par nominal.

MOTOR CLASE A
Tiene un par de arranque bajo con un deslizamiento durante su valor nominal.
La corriente de arranque puede ser de 5 a 8 veces su valor nominal, y también presenta un rendimiento alto.
El mayor uso de este tipo de motor se encuentra en las bombas, ventiladores y máquinas herramienta con valores de hasta 6kW.
En potencias mayores a 6kW se usan sistemas de arranque para limitar la corriente.
MOTOR CLASE B
Tiene un par de arranque similar al clase A.
La corriente de arranque que se puede considerar menor en un 25%.
El par nominal se encuentra con un deslizamiento
El rendimiento es alto y estos motores son de los más utilizados en aplicaciones industriales.

MOTOR CLASE C (Doble jaula)‏
Su par máximo es menor a los motores de clase A.
Tiene un rendimiento alto con aplicaciones en donde se requiere un alto par de arranque.
El par nominal se encuentra con valores de deslizamiento
Corriente de arranque baja.
MOTOR CLASE D
Posee un par de arranque muy elevado (mayor a tres veces el par nominal)‏
Tiene un par de arranque elevado (dos veces el par nominal app).
Par nominal con deslizamiento entre el 7.5% y el 16.5%
Corriente de arranque baja
Su rendimiento es bajo
Sus principales requerimientos son en aplicación de accionamientos intermitentes que requieren acelerar muy rápido.

TIPOS DE NEMAS

Tipos de Diseño NEMA

La corriente asimétrica puede ser de 1.8 – 2.8 veces la simétrica de partida

Detención por inversión del campo magnético rotatorio.
El motor actúa como freno, absorbiendo la energía cinética de la carga que aún está girando.
La potencia mecánica se disipa por completo como calor en el rotor.
Por otro lado el rotor todavía recibe la potencia de campo giratorio , la que también se disipa como calor.
El calor disipado en el rotor durante el período de inversión de la rotación , desde la velocidad nominal a cero, es tres veces la energía cinética original de todas las partes rotatorias.

Frenado con corriente continua.
Se producen polos norte y sur estacionarios en el estator.
El número de polos creados es el número de polos que el motor desarrolla normalmente.
Cuando el rotor pasa enfrente del campo estacionario , se induce una tensión de corriente alterna en este . El voltaje produce una corriente y las pérdidas resultantes en el rotor se disipan a expensas de la energía cinética almacenada en las partes rotatorias.
Produce mucho menos calor que la inversión de rotación. (la energía disipada es sólo la energía cinética de las partes rotatorias)
La energía disipada es independiente de la corriente , pero el tiempo de frenado si se ve afectado.
La corriente directa puede ser dos a tres veces la corriente nominal del motor.
El Torque de frenado es proporcional al cuadrado de la corriente de frenado.

Arranque con voltaje reducido
La corriente con el rotor bloqueado es proporcional al voltaje. La reducción del voltaje a la mitad también reduce la corriente a la mitad.
El torque con el rotor bloqueado es proporcional al cuadrado del voltaje. La reducción del voltaje a la mitad reduce el torque en un factor de cuatro.
Arranque con resistencia primaria
El arranque se produce en forma suave , sin choque mecánico .
La tensión en el resistor es alta pero se reduce conforme el motor aumenta de velocidad y reduce su corriente.
Los resistores se escogen de forma que el voltaje del estator con el rotor bloqueado sea de 0.65 pu., por lo tanto el torque es de (0.65)^2 ó de 0.42 pu. Lo anterior indica que el motor arranca con poca carga.

Arranque con autotransformador
La ventaja de este método de arranque es que para un torque dado de arranque absorbe menos corriente.
La desventaja es que es un método más caro.
La transición de voltaje reducido a pleno voltaje no es suave.
Los autotransformadores poseen tomas para producir voltajes de salida de 0.8 – 0.65 – 0.5 pu. Los torques de arranque son: 0.64 – 0.42 – 0.25 pu del torque nominal. Las corrientes del lado de la línea son de 0.64 – 0.42 – 0.25 pu de la corriente con el rotor bloqueado a tensión nominal.
El torque de partida es similar al obtenido con resistencia en el estator, pero la corriente de línea con el rotor bloqueado es más baja, en todo el rango de velocidad.
Como el autotransformador opera en períodos cortos, pueden ser devanados con alambre mucho más delgado que los dispositivos para funcionamiento en forma continua. Lo anterior permite reducir el tamaño, peso y costo.

Arranque Estrella-Delta
El arranque estrella-delta se puede definir empleando los esquemas generales de los sistemas en delta y en estrella, esto es, especificando un sistema en estrella y en delta a partir de los principios básicos de las relaciones de línea y de fase para corrientes y voltajes en sistemas balanceados.
El motor debe estar diseñado para operar en conexión delta

De lo anterior se puede deducir que un arranque en estrella consume una corriente menor, pero de la misma forma se genera un par menor de arranque. Esto se debe considerar al contemplar la carga que desplazará.
El método de arranque entrega los mismos resultados que un arrancador con autotransformador con toma al 58%. La razón es que se refleja la tensión entre fases a través de cada devanado.
Se debe considerar además la relación entre las corrientes de arranque en estrella y delta y la relación de par de arranque, como se muestra a continuación:

Las siguientes respuestas muestran el arranque de un motor de inducción empleando un arrancador en estrella-delta, y lo que sucede cuando este arrancador cambia por un arranque delta-estrella.

El cambio en el diseño de las barras en el rotor da lugar a tres posibilidades atractivas para la industria:
Tener barras de sección pequeñas, las cuales presentan una alta resistencia y una baja reactancia en el rotor.
Tener barras profundas con una resistencia baja y una reactancia elevada.
Rotores de doble jaula que tienen las dos características anteriores.
En los motores de doble jaula de ardilla se cambian los valores de la resistencia y reactancia del rotor de acuerdo con los valores de velocidad.
Esto se puede determinar empleando la siguiente expresión:
la cual muestra que para valores elevados de deslizamiento la potencia de conversión es baja y por lo tanto el rendimiento del motor también lo es, por lo que si el par máximo del motor se encuentra con valores de deslizamientos altos, l rendimiento del motor disminuye.

Arranque con resistencia en el rotor
Sólo para motores con devanado rotórico.
Es posible llevar el torque máximo a la partida.

Métodos de arranque (comparación) .

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Arranque y frenado de motores de corriente alterna

by fabricio_salgado_diaz on Jul 20, 2011

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