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Trabajo

de

Motores

Trifasicos

Eléctricos

1.- Motores Eléctricos.

2.- Motores Trifasicos.

2.1.- Motores Asincronos.

2.2.- Motor de inducción trifasico en cortocircuito.

2.3.- Bobinado de un motor trifasico.

2.4.- Consumo de los motores trifasicos.

2.5.- Intensidades de arranque de los motores trifasicos

2.5.1.- Intensidades de arranque y de corte.

2.6.- Protección de los motores ( fusibles ).

2.7.- Arranque directo de motores trifasicos.

2.8.- Inversión del sentido de giro de un motor trifasico.

2.9.- Arranque de un motor trifasico en estrella- triángulo.

2.10.- Conexión de motores trifasicos en estrella - triángulo.

2.10.1.- Conexión en triángulo.

2.10.2.- Conexión en estrella.

2.11.- Arranque de motores a tensión reducida.

2.11.1.- Arranque por eliminación de resistencias estatoricas.

2.12.- Motores de características especiales.

2.12.1.- Regulación de velocidad.

2.12.2.- Motores de dos velocidades con devanados independientes.

2.12.3.- Motores de dos velocidades en conexión Dahlender.

 

1.- Motores Eléctricos

Idea Elemental del Campo Magnético

 

Supongamos tres grupos de bobinas conectadas en triángulo, formando entre si ángulos iguales. Cada grupo de bobinas se conecta a una fase de la Corriente Alterna.

Como sabemos las corrientes trifasicas tienen distinta intensidad en cada fase y en cada momento que las consideramos, luego el valor del campo magnético generado por una fase dependerá de la intensidad en esta fase en el instante dado. De otra parte, al estar las intensidades desfasadas entre si 120 grados eléctricos en los tres devanados, los valores de los campos magnéticos generados también estarán desfasadas 120 grados.

Estos tres campos magnéticos existentes en cualquier instante, se combinaran para producir un campo magnético resultante, que va girando a medida que varia la intensidad de la corriente de las tres fases.

El siguiente dibujo representa las tres intensidades alternas de un sistema trifasico, cuyos devanados se ordenan en el estator de manera que, entre ellos haya un desfase de 120 grados entre si, así como que estas tres formas de onda pueden representar, a su vez, los valores de los campos magnéticos alternos generados por las tres fases.

Obsérvese que en el instante 1 el valor de la fase R es positiva y el de la fase T es negativa, lo que significa que por ellas circulan corrientes de sentido contrario, y por lo tanto crean polaridades distintas en los polos afectados por estas fases. La polaridad de estos campos se indica en el esquema del estator correspondiente indicado encima de la posición numero 1. Puede verse la ausencia de polaridad en las bobinas conectadas a la fase S mientras las bobinas afectadas por las fases R y T crean un campo magnético resultante de posición intermedia entre los polos formados y de sentido norte a sur como puede verse en la figura.

En el instante 2 la fase R tiene un valor nulo y las fases S y T valores iguales y de signo contrario. De ello se deduce que el campo magnético resultante habrá girado 60 grados. Siguiendo el mismo razonamiento para las distintas posiciones sucesivas, se obtendría un campo magnético giratorio en el estator trifasico, que daría una vuelta por cada ciclo de la Corriente Alterna.

2.- Motores Trifasicos

2.1.- Asincronos

Son los que llevan la velocidad que corresponde a la formula:

F = frecuencia en Hz.

p = Pares de polos del motor.

Este tipo de motor no se emplea industrialmente, por una serie de problema que origina su puesta en marcha, proceso de trabajo y desconexion.

Estos motores llevan siempre una velocidad inferior a la que le correspondía por formula.

El motor asincrono no ofrece problemas de puesta en marcha y parada, ni durante el proceso de trabajo, siendo su rendimiento muy aceptable, consta de un estator y rotor.

El estator es la parte en reposo del motor. En el que están las ranuras en que va el bobinado, esquema representado en la parte inferior de la lamina. Los principios U - V - W y los finales X - Y - Z de las fases van a una caja de conexiones o bornes, que podrán estar conectados en estrella o triángulo.

El rotor es generalmente de jaula de ardilla o cortocircuito. En este caso no lleva bobinado alguno.

2.2.- Motor de Inducción Trifasico en Cortocircuito

 

Funcionamiento

Al aplicar corriente trifasica al devanado trifasico del estator se crea en este campo magnético giratorio. Este campo magnético giratorio induce en las espiras del rotor una fuerza electromotriz, y como todas las espiras están en cortocircuito, circula por ellas una corriente.

La Ley de Lenz dice

Toda corriente inducida tiende a oponerse a la causa que la produce.

La corriente del rotor, al oponerse al campo magnético que la produce, obliga al rotor a girar en el mismo sentido del campo.

2.3.- Bobinado de un motor

Estos terminales del bobinado se pueden conectar en estrella o triángulo.

2.4.- Consumo de los Motores Trifasicos

Como orientación, se puede tomar como consumo medio de los motores trifasicos eléctricos, los siguientes:

2.5.- Intensidades de arranque de los motores trifasicos

A la hora de considerar la puesta en marcha de un motor es muy importante tener en cuenta si el arranque se hace en vacío, a media carga o a plena carga, así como el tipo de maquina en que esta situado el motor.

En la tabla que se inserta a continuación se indica la relación de corriente, entre el arranque y la marcha normal o de régimen.

Los valores aquí dados son orientativos, ya que en la practica se permiten una gama mas amplia de variación entre la corriente de arranque y la de marcha normal.

2.5.1 .- Intensidades de arranque y de corte

2.6 .- Protección de Motores ( Fusibles )

Los fusibles protegen a las maniobras eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos.

En un motor se pueden producir distintas anomalías durante su funcionamiento, principalmente sobrecarga:

- Baja tensión de alimentación, pues necesitaría para mantener la misma potencia aumentar la intensidad.

- Carga mecánica excesiva durante el funcionamiento, poniéndole al motor mas potencia de la que pueda suministrar

- Par mecánico resistente superior a lo normal, por agarrotamiento de cojinetes, mala ventilación y excesivo calentamiento.

- Fallo de una fase, debido a un cortocircuito o bien a la fusión de un fusible, aumentando en este caso la intensidad en las otras dos fases.

Para la protección del motor utilizamos, principalmente fusibles y reles térmicos.

Condiciones para los fusibles:

1.- Durante el funcionamiento normal del motor, desconectándolo cuando la intensidad sobrepase 15 veces la nominal del motor en un tiempo igual o inferior a 0,2 segundos.

2.- Resistir sin fundirse una intensidad de arranque 6 veces superior al valor nominal de la misma durante 5 segundos en el arranque directo y 2 veces el valor nominal durante 15 segundos para los otros tipos de arranque.

De los reles térmicos ya hablaré mas adelante.

2.7.- Arranque directo de motores trifasicos

Es el sistema de arranque mas simple obtenido en un solo tiempo, pues consiste en conectar directamente a la red, a través de un interruptor, contactor, etc, de un motor,

Con este sistema el motor absorbe una corriente de arranque que oscila de 3 a 7 veces la intensidad nominal, el par de arranque es siempre superior al par nominal y permite el arranque rápido de una maquina a plena carga.

La ventaja que tiene es la simplicidad del material necesario para la puesta en marcha y un par de arranque muy energético. El inconveniente es la elevada corriente de arranque, que por lo tanto, puede provocar una caída de tensión, la cual deberá tenerse en cuenta, pues se debe limitara un 5 % con objeto de tener un buen cierre de los elementos de conexión ( interruptores, contactores, etc) y no disminuir el par de arranque.

Las protecciones contra sobrecargas y cortocircuitos deben soportar la corriente de arranque sin perder su eficacia durante el funcionamiento del motor.

El campo de aplicación de este tipo de arranque es para motores de pequeña potencia o de potencia débil con relación a la potencia de la red y para maquinas que no necesitan una progresiva puesta en velocidad.

Cuando llegan a igualarse el par del motor y el resistente, la velocidad se estabiliza junto con la corriente de la línea.

Normalmente este sistema de arranque está limitado para la apuesta en marcha de motores con una potencia no superior a 4 o 5 caballos aproximadamente, así la intensidad de arranque puede ser absorbida por la línea de distribución.

2.8.- Inversión del sentido de giro de un motor trifasico

Cuando la maquina accionada tenga que girar en dos sentidos, bastará con cambiar dos de las tres fases de alimentación del motor para que invierta el sentido, que se consigue porque se cambia el sentido del campo giratorio del estator y por consiguiente el de inducido.

En las maquinas herramientas, como torno, fresadores, etc, que la inversión se realiza con cierta frecuencia, esta maniobra se realiza mediante contactores cuyo control se consigue por medio de pulsadores, finales de carrera, temporizadores, etc.

No es conveniente hacer la inversión bruscamente sino esperar a que el motor este parado y luego invertir el sentido de giro.

Los inversores constan de un equipo de dos contactores enclavados entre si de tal manera que si funciona uno el otro no funcione, o sea que exista un enclavamiento entre ellos, pues si pudiese conectar los dos contactores a la vez al estar cambiadas dos de las tres fases se produciría un cortocircuito.

2.9.- Arranque de un motor trifasico en Estrella - Triángulo

Los motores trifasicos absorben en el momento de arranque más intensidad de la nominal. Este aumento de intensidad en el arranque provoca una sobrecarga en la línea que a su vez origina una caída de tensión pudiendo ser perjudicial para otros receptores. En los motores de jaula de ardilla, la intensidad de arranque supera de 3 a 7 veces la nominal.

Para evitar este aumento de intensidad se utiliza el arranque estrella - triángulo, que consiste en conectar el motor en estrella a la tensión correspondiente a triángulo, transcurrido unos segundos, cuando el motor casi ha alcanzado su velocidad nominal, se pasa a triángulo.

Para que se pueda efectuar el arranque estrella - triángulo, la tensión de la línea debe ser igual a la correspondiente a la tensión en triangulo del motor, o sea la menor de la indicada en la placa de características del motor.

El conmutador estrella - triángulo es el aparato utilizado para este tipo de arranque, que permite el arranque del motor en estrella y luego en triángulo.

Estos conmutadores pueden ser:

- Manuales: de cuchillas y rotativos.

- Automáticos: por medio de contactores.

2.10.- Conexion de motores trifasicos en estrella - triángulo

2.10.1.- Conexión en triángulo

2.10.2.- Conexión en estrella

2.11.- Arranque de motores a tensión reducida

2.11.1.- Arranque por eliminación de resistencias estatoricas

Este procedimiento consiste en intercalar durante el periodo de arranque unas resistencias en serie entre la línea y el estator del motor, limitando así la punta de intensidad en el arranque, la misma proporción que la tensión en bornes del motor y el par de arranque en la razón del cuadrado de esta reducción.

La eliminación de estas resistencias se realiza manual o automáticamente en uno o mas puntos según la potencia del motor y las características de la maquina accionada.

Normalmente se realiza en dos tiempos, aunque podría hacerse en mas pero los resultados obtenidos no lo justifican.

Durante el primer tiempo ( eliminación de la primera mitad de las resistencias) se obtienen las características reseñadas anteriormente, o sea para un par de arranque igual al conseguido en un estrella - triángulo, la punta de intensidad será mas elevada.

En el segundo tiempo se cortocircuitan las resistencias y el motor queda conectado a plena tensión. La punta de intensidad y el par de arranque queda al comienzo de este tiempo son mas debiles que en el arranque estrella - triángulo, ya que se realiza a una velocidad superior.

en este tipo de arranque y debido a que en el paso a plena tensión del motor no se desconecta de la red, no se produce ningún fenómeno transitorio. Se utiliza para el accionamiento de maquinas centrifugas y cuyo par resistente es bajo durante periodo de arranque, aunque se pueda aumentar en velocidad, su utilidad principal esta en maquinas como: bombas, compresores. Las resistencias de arranque deben dimensionarse correctamente.

2.12.- Motores de Características Especiales

2.12.1.- Regulación de velocidad

En los motores trifasicos con rotor en cortocircuito normalmente basta con que la velocidad sea bastante constante, pero a veces se necesita variar la velocidad, bien sea en forma gradual o escalonada, el procedimiento mas utilizado para esta regulación de velocidad es variar el numero de polos del estator, puesto que sabemos que la velocidad del motor depende de la frecuencia de la red y del numero de pares de polos.

Luego los motores trifasicos con rotor en cortocicuito, variando el numero de polos podemos obtener de una forma escalonada de dos, tres, cuatro velocidades, resultando este procedimiento de regulación de velocidad económico y buenas características mecánicas.

Los motores de variar velocidad tienen su principal utilidad en aquellos casos en los que la velocidad no tienen que regularse de forma progresiva, como es el caso de las herramientas como tornos, taladradoras, etc, en general todas las que trabajan por arranque de virutas, pues de esta manera se reducen las transmisiones mecánicas, con lo que se reducen las perdidas. También se utilizan en ventiladores, ascensores, etc.

Este tipo de regulación de velocidad se realiza por medio de motores de varias velocidades. Con respecto a los motores de dos velocidades, pueden obtenerse de dos maneras:

- por medio de dos devanados diferentes o sea independiente.

- por medio de un solo devanado en conexion DAHLENDER.

2.12.2.- Motores de dos velocidades con devanados independientes.

Son motores trifasicos con rotor en cortocircuito que llevan devanados separados, normalmente conectados cada uno de ellos en estrella y teniendo cada uno de ellos un numero distinto de polos para obtener una velocidad por cada bobinado. Estos tipos de motores solamente se pueden conectar a una tensión, solamente se puede realizar el tipo de arranque directo.

Los motores con devanados independientes, teóricamente, permiten cualquier relación de velocidad y de potencia, aunque son preferibles los montajes a potencias constantes y relación de velocidad distinta a 2 a 1, cosa que no resulta posible en la conexión Dahlender.

El empleo de este tipo de motores es bastante reducido y prácticamente ha desaparecido su uso, pues tienen poca potencia y mucho volumen.

La relación de velocidades con respecto al numero de polos suele ser :

Velocidades: 500 / 700 750 / 1000 1000 / 1500

Nº de polos: 12 / 8 8 / 6 6 / 4

En la actualidad para obtener las dos velocidades se utiliza la conexión Dahlender, cuyo estudio realizaremos después, porque tiene mejor rendimiento y resulta mas económico.

2.12.3.- Motores de dos velocidades conexión Dahlender

El motor de dos velocidades tiene las mismas características constructivas que el motor normal, su diferencia esta únicamente en el bobinado, pues mientras que en el motor normal cada bobinado corresponde a una fase, en el motor Dahlender, el bobinado de una fase esta dividida en dos partes iguales con una toma intermedia. Según conectemos estas bobinas conseguiremos una velocidad mas lenta o mas rápida, pues en realidad lo que conseguiremos es variar el numero de pares de polos del bobinado

Para conseguirla velocidad pequeña o lenta, conectaremos la línea a los bornes marcados con la letra " P " o sea en los bornes correspondientes a la conexión triángulo, dejando libres los otros. De esta manera el numero de polos es mayor y el numero de revoluciones por minuto es mas pequeña.

Para conseguir la velocidad rápida, conectaremos la línea a los bornes marcados con la letra " M " y unimos entre si los marcados con la letra " P ". De esta manera conseguimos un menor numero de polos y aumentamos el numero de revoluciones.

El bobinado de esta conexión queda dividido en dos partes conectadas en estrella y en paralelo entre si, formando una conexión en doble estrella.

En la conexión Dahlender hemos de tener en cuenta lo siguiente:

- En la conexión triángulo - doble estrella permite el arranque estrella triángulo en la velocidad lenta, así se consigue un arranque suave y se reduce la corriente de arranque.

- Solamente lleva una tensión y corresponde a la de la línea.

- Al pasar de la conexión triángulo a la de doble estrella se produce una inversión del campo giratorio, por lo que el motor invertirá el sentido de giro, para esto se debe preever la adecuada conexion en los elementos de accionamiento del motor.

- La relación de potencias entre la velocidad lente y la rápida es de 1 : 5.

- La relación entre las velocidades en la conexion Dahlender es de 2 : 1, mientras que en el motor de dos velocidades independientes no existe esta relación.

Las velocidades mas utilizadas en la conexión Dahlender son:

Velocidad: 500 / 1000 750 / 1500 1500 / 3000

nº de polos: 12 / 6 8 / 4 4 / 2