Sistema ESTRELLA – DELTA

Sistema Mediante AUTOTRANSFORMADOR

Sistema de arranque con DEVANADO PARCIAL

2.a) Sistema Mediante Impedancia Primaria:Sea el siguiente circuito elemental

Arranque (marcha)

Paro OL

m

TR

TR

TR

L₁ M OL

V M OL

F

M OL

En

Con resistencias para motores de baja potencia, con reactancia para motores de alta potencia (evita la P_edom)

2.b) Sistema Mediante Autotransformador:

El motor se alimenta a tensión reducida mediante un autotransformador que, una vez finalizado el arranque, queda fuera del circuito. El arranque se lleva a cabo en tres tiempos:

– en el primer tiempo, el autotransformador comienza por acoplarse en estrella y, a continuación, el motor se acopla a la red a través de una parte de los devanados del autotransformador. El arranque se lleva a cabo a una tensión reducida que se calcula en función de la relación de transformación. Generalmente, el transformador está dotado de tomas que permiten seleccionar la relación de transformación y, por tanto, el valor más adecuado de la tensión reducida. antes de pasar al acoplamiento a plena tensión, la estrella se abre. En ese momento, la fracción de bobinado conectada a la red crea una inductancia en serie con el motor. Esta operación se realiza cuando se alcanza la velocidad de equilibro, al final del primer tiempo.

– el acoplamiento a plena tensión interviene a partir del segundo tiempo, normalmente muy corto (una fracción de segundo). Las inductancias en serie con el motor se cortocircuitan y, a continuación, el autotransformador queda fuera del circuito. La corriente y el par de arranque varían en la misma proporción. Se dividen por (U red / U reducida)2 y se obtienen los valores siguientes:

Id = 1,7 a 4 In

Cd = 0,5 a 0,85 Cn

El arranque se lleva a cabo sin interrupción de corriente en el motor, lo que evita que se produzcan fenómenos transitorios. No obstante, si no se toman ciertas precauciones pueden aparecer fenómenos transitorios de igual naturaleza durante el acoplamiento a plena tensión. De hecho, el valor de la inductancia en serie con el motor tras la apertura de la estrella es importante si se compara con la del motor. Como consecuencia, se produce una caída de tensión considerable que acarrea una punta de corriente transitoria elevada en el momento del acoplamiento a plena tensión. El circuito magnético del autotransformador incluye un entrehierro que disminuye el valor de la inductancia para paliar este problema. Dicho valor se calcula de modo que, al abrirse la estrella en el segundo tiempo,no haya variación de tensión en las bornas del motor.

El entrehierro aumenta la corriente magnetizante del autotransformador. Dicha corriente aumenta la corriente solicitada en la red durante el primer tiempo del arranque. Este modo de arranque suele utilizarse en los motores con potencia superior a 100 kW. Sin embargo, el precio de los equipos es relativamente alto debido al elevado coste del autotransformador.

Se tiene Transición abierta y Transición cerrada, y se lo puede aplicar a cualquier voltaje nominal.

Referencia

Tav_n V_n² T_a V_R V_n²

I₂´ = (V_r/ V_n) I_anVn

V₂ ´= V_R

IaV

I₂´ V_R

V₁ I₁ = V₂ I₂ ; (V_n / V_R ) = a

V₁ I₁´ = V₂´ I₂´

V_n I₁´= V_R (V_R/V_n) I_aMVn

I₁´= (V_R/V_n)² I_aMVn = I_aMVn / (V_n/ V_R)² = I_aMVn / a²

(T_aVn / T_aVR) = (V_n/ V_R)²

T_aVR = (V_R/V_n)² * T_aVn = T_aVn / (V_n/ V_R)² = T_aVn / a²

Arranque (marcha)

Paro

TR

RUN TR

1S

2S

L₁

L₂

L₃

2S RUN

RUN 2S 2S RUN

1S 1S

65% V_n OL § OL § OL §

T₁ T₂ T₃

2.c) Sistema de Arranque Estrella – Delta:

Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por ejemplo, en el caso de una red trifásica de 380 V, es preciso utilizar un motor bobinado a 380 V en triángulo y 660 V en estrella.

El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por 3 (en el ejemplo anterior, la tensión de la red 380 V = 660 V / 3).

La punta de corriente durante el arranque se divide por 3:

Id 1,5 a 2,6 In

Un motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensión nominal de 660 V absorbe una corriente 3 veces menor que si se acopla en triángulo a 380 V. Dado que el acoplamiento en estrella se realiza a 380 V, la corriente se divide nuevamente por 3. Por tanto, se divide por un total de 3.

El par de arranque se divide igualmente por 3, ya que es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación:

Cd 0,2 a 0,5 Cn

La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente, normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un temporizador se encarga de controlar la transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo.

La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la apertura del contactor de estrella y se restablece con el cierre del contactor de triángulo. El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante, debida a la fcem del motor.

El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que arrancan en vacío.

Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia: temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.

Esta medida permite disminuir la fcem y, por tanto, la punta de corriente transitoria.

Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea suficiente para evitar una deceleración excesiva durante la temporización.

arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.

El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie aproximadamente durante tres segundos con los devanados acoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de corriente transitoria.

arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.

La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la apertura del contactor de estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, la aparición de fenómenos transitorios.

El uso de estas variantes conlleva la instalación de componentes adicionales y el consiguiente aumento del coste total. En muchos casos, el uso de un arrancador estático de tipo Altistart es una solución preferible.

Arranque (marcha)

Paro

TR

1S

L₁

Deducción:

D: I_aD = V/Z

I_aDL = 3 I_aDF

I_aDF = I_aDL/ 3

I = V/ (r₁+r₂’)² + (x₁+x₂’)²

Y: I_a’_Y = (V/ 3)/Z

I_a’_YF = I_a’_YL

I_aD/I’_aY = (V/Z) / [ (V/ 3) / Z ]

I_a’_YL = I_a’_YF = I_aD / 3 = (I_aDL / 3) / 3 = I_aDL / 3

I_a’_YL = I_aDL / 3

T_aD V²

T_aY (V/ 3)²

T_aY = T_aD(V/ 3)² / V²

T_aY = T_aD / 3

2.d) Sistema de Arranque con Devanado Parcial:

Este tipo de motor está dotado de un devanado estatórico desdoblado en dos devanados paralelos con seis o doce bornas de salida. Equivale a dos “medios motores” de igual potencia.

Durante el arranque, un solo “medio motor” se acopla en directo a plena tensión a la red, lo que divide aproximadamente por dos tanto la corriente de arranque como el par. No obstante, el par es superior al que proporcionaría el arranque estrella-triángulo de un motor de jaula de igual potencia.

Al finalizar el arranque, el segundo devanado se acopla a la red. En ese momento, la punta de corriente es débil y de corta duración, ya que el motor no se ha separado de la red de alimentación y su deslizamiento ha pasado a ser débil.

Este sistema, poco utilizado en Europa, es muy frecuente en el mercado norteamericano (tensión de 230/460 V, relación igual a 2).

Arranque (marcha)

Paro OL OL

TR

TR

TR

60%

I_{a Devanado Parcial} I_{a Devanado Completo}

70%

40%

T_{a Devanado Parcial} 50% T_{a Devanado Completo}

60%

2.e) Arranque a Voltaje Reducido con componentes de Estado Sólido:

La alimentación del motor durante la puesta en tensión se realiza mediante una subida progresiva de la tensión, lo que posibilita un arranque sin sacudidas y reduce la punta de corriente. Para obtener este resultado, se utiliza un graduador de tiristores montados en oposición de 2 por 2 en cada fase de la red.

La subida progresiva de la tensión de salida puede controlarse por medio de la rampa de aceleración, que depende del valor de la corriente de limitación, o vincularse a ambos parámetros.

Un arrancador ralentizador progresivo como el Altistart 3 es un graduador de 6 tiristores que se utiliza para arrancar y parar de manera controlada los motores trifásicos de jaula.

Garantiza:

el control de las características de funcionamiento, principalmente durante los períodos de arranque y parada, la protección térmica del motor y del arrancador, la protección mecánica de la máquina accionada, mediante la supresión de las sacudidas de par y la reducción de la corriente solicitada.

La corriente (IATS en el ejemplo del lateral) puede regularse de 2 a 5 In, lo que proporciona un par de arranque regulable entre 0,1 y 0,7 del par de arranque en directo.

Permite arrancar todo tipo de motores asíncronos. Puede cortocircuitarse para arrancar por medio de un contactor y mantener al mismo tiempo el dominio del circuito de control.

A todo ello hay que añadir la posibilidad de: deceleración progresiva, parada frenada.

Control de 120V