Factor De Potencia Máximo

Voltaje

AB : V₁/(X₁ + X₂’)

AX = AY

AX = Io Sen (jo - j_1m)

AY = V₁/2(X₁+X₂’) - V₁/2(X₁+X₂’) Cosj_1m

Io Sen(jo - j_1m) = ( V₁/2(X₁+X₂’))( 1- Cosj_1m)

Ecuación simplificada:

jo = 90°

IoCosj_1m = V₁/2(X₁+X₂) (1-Senj_1m)

Cosj_1m V₁/2(X₁+X₂’)

Io + V₁/2(X₁+X₂’)

Salida

Carga nominal

Acción Motriz Acción Generatriz

Pm

Pm

86 114

100%

%hs

Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de régimen permanente.

El conjunto que se pone en marcha es inercial y disipativo, incluyendo en este último concepto a las cargas útiles, pues consumen energía.

El estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores eléctricos y arrancadores a instalar están basados en el conocimiento de las particularidades de éste régimen transitorio.

Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la siguiente ecuación diferencial:

Tm - Tr = J . d/ dt

Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y es la velocidad angular de dicho conjunto.

Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor.

Como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético, además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este mayor par de arranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucrados.

Aunque se suele enfocar el diseño de estos sistemas de arranque en atención a las corrientes y cuplas involucradas, no deben dejarse de lado otros aspectos que también resultan importantes, como por ejemplo el consumo de energía disipada en forma de calor y las perturbaciones sobre la red de baja tensión.

Estas perturbaciones incluyen principalmente las caídas de tensión (muy notables en los elementos de iluminación), que pueden afectar el funcionamiento de otros elementos conectados a la misma, lo que resulta crítico en las instalaciones con muchos motores que realizan frecuentes arranques.

Por otro lado, los dispositivos de arranque pueden ser de operación manual o por contactores. Estos últimos permiten efectuar el mando a distancia del motor con cables de secciones pequeñas (sólo se requiere la corriente necesaria para la bobina del contactor), lo que facilita el accionamiento y diseño del dispositivo de control por trabajar con intensidades reducidas.

1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula

Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos).

En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal.

Por ejemplo, el código municipal fija los límites de corriente en el arranque indicados en la tabla siguiente:

Hasta 3 HP 4,0 . In

Más de 3 hasta 6 HP 3,5 . In

Más de 6 hasta 9 HP 3,1 . In

Más de 9 hasta 12 HP 2,8 . In

Más de 12 hasta 15 HP 2,5 . In

Más de 15 hasta 18 HP 2,3 . In

Más de 18 hasta 21 HP 2,1 . In

Más de 21 hasta 24 HP 1,9 . In

Más de 24 hasta 27 HP 1,7 . In

Más de 27 hasta 30 HP 1,5 . In

Más de 30 HP 1,4 . In

La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque.

Los circuitos con motores deben contar con interruptores que corten todas las fases o polos simultáneamente y con protecciones que corten automáticamente cuando la corriente adquiera valores peligrosos.

En los motores trifásicos debe colocarse una protección automática adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensión baje de un valor determinado.

1.1 - Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en jaula

Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar.

Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una caída de tensión. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces mayores que la corriente nominal del motor. Su principal ventaja es el elevado par de arranque: 1,5 veces el nominal.

Siempre que sea posible conviene arrancar los motores a plena tensión por la gran cupla de arranque que se obtiene, pero si se tuvieran muchos motores de media y gran potencia que paran y arrancan en forma intermitente, se tendrá un gran problema de perturbaciones en la red eléctrica.

Por lo tanto, de existir algún inconveniente, se debe recurrir a alguno de los métodos de arranque por

tensión reducida que se describen a continuación.

En muchos casos, los motores de inducción se pueden arrancar conectándolos directos a la línea de potencia. Sin embargo en otros, las corrientes absorbidas por estos en la partida, originan algunas perturbaciones en las instalaciones o sistemas en el cual están conectados, por lo que se recomienda recurrir a los diversos métodos de arranque para los motores de inducción.

Las normas NEMA han establecido la letra de código para los motores tipo jaula de ardilla, la cual representa las condiciones de partida en KVA por cada HP, cuando el motor parte a plena tensión, por lo que nos entrega información respecto a las corrientes de arranque. Los valores de la letra de código se resumen en la siguiente tabla

Conocida la letra de código, la corriente de partida del motor se determina de acuerdo a la expresión:

Ipartida = (Razón de L.C.) x Hpnominal x 1000 (A)
(3)½ x Vnominal

Para el empleo de estos métodos hay que tener en cuenta dos aspectos principales:

a) El torque desarrollado por el motor en la partida debe ser suficiente para accionar la carga.
b) La corriente de arranque del motor.

T

T_M > T_L

T_MAX

F (Torque de Funcionamiento)

S

S = 1 ST_MAX S = 0

T_M – T_L = T_a Torque de aceleración;

F( T_M = T_L), T_a = 0 (estable)

T_MAX (Breakdown Torque):

Es el torque máximo que un motro desarrollará a voltaje y frecuencia nominal sin caida abrupta de la velocidad.

Torque de Arranque (Locket – Rotor Torque):

Es el Torque de arranque que un motor desarrollaráen reposo qpara cualquier posición angular del rotor con voltaje y frecuencia nominal.

Torque Minimo (Pull Up Torque):

Es el mínimo torque desarrollado por el motor durante el periodo de aceleración del reposo a la velocidad de torque máximo

V3f f

Con T_L’’ nunca se arrancará la maquina.

T_M – T_L = T_f (Inestable)

I₂´ = V₁ / Ö ( (r₁ + r₂/s)² + (X₁ + X₂´)²)

1.-) SISTEMA DE ARRANQUE A PLENO VOLTAJE:

Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El motor se basa en sus características naturales para arrancar. En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es importante. La corriente primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales.

Por tanto, se obtiene una punta de corriente importante en la red:

I arranque = 5 a 8 l nominal.

El par de arranque medio es: C arranque = 0,5 a 1,5 C nominal.

A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque rápido, bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:

– la potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que provoca la corriente solicitada,

- la máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone de un dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco, el par de arranque debe ser elevado.

Por el contrario, siempre que:

– la caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea, la máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas, la seguridad o la comodidad de los usuarios se vea comprometida (por ejemplo, en el caso de las escaleras mecánicas), será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente solicitada o el par de arranque.

En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida.

Es el requerimiento de la aplicación que tenga el motor a un torque determinado para el arranque.

En el diagrama de arranque se utiliza:

Circuito de fuerza: Donde circula la corriente del motor

Circuito de Control: Sirve para accionar el contactor a través del sistema electromecánico.

L₁ L₂ L₃

M(S₁) M M M OL OL OL Arranque Paro OL OL OL T₂ T₁ T₃ M. I. ¹Contactor Cerrado Circuito de Fuerza

Circuito de Control

2.-) SISTEMAS DE ARRANQUE A VOLTAJE REDUCIDO:

- Impedancia Primaria (Estator)

5 HP (alambre devanado sobre cerámica)

Resistencia >5>200 HP (Cintas de resistencia)

> 200 HP (mallas acerado)

Reactancia ( hasta 25 HP, 600 V, Industria Textil)

Date: 2015-12-24; view: 715