QUINTA PARTE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS

Transcripción

1 QUINTA PARTE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS Máquina eléctrica rotativa E un aparato electromagnético que tiene una parte giratoria (armadura o rotor) capaz de tranformar energía mecánica en energía eléctrica (generador) o energía eléctrica en energía mecánica (motor eléctrico). Máquina eléctrica de corriente directa (CD) Generador de corriente directa El rotor o armadura recibe energía mecánica rotativa y el embobinado de campo fijo (etator), una excitación de CD. En la armadura e induce un voltaje de corriente directa rizado por efecto del conmutador que conecta el rotor con la carga. La excitación del campo magnético fijo e con CD producida por el mimo generador, la cual e inicia gracia al magnetimo reidual. Mientra má polo tenga el generador, má perfecto (meno rizado) erá el voltaje generado. lo periódico. Conmutador El devanado del rotor de lo generadore y motore de corriente directa e conecta al exterior por medio de un itema de contacto (conmutador) formado por un colector dividido en egmento llamado delga la cuale, al ir haciendo contacto con lo carbone, van cambiando la polaridad del devanado del rotor en cada pao, de manera que iempre el campo magnético del rotor tenga la mima polaridad in importar el ángulo en que e encuentre poicionado. Generador de 84 MW, 90 rpm, 60 Hz, central hidroeléctrica de Itaipú (Brail-Paraguay) Aunque por facilidad de fabricación el núcleo de una máquina de CD e contruye con acero laminado, no e neceario que la lámina ean muy delgada, ya que en CD no hay mucha pérdida por hitérei. Motor pao a pao Motor de corriente directa E imilar al generador de CD, pero al alimentar el rotor con CD, ete interacciona con el campo magnético fijo y produce el par rotativo. Un completo control de par, potencia y velocidad hace que e utilicen en proceo donde e deben incronizar varia máquina, como en la rotativa de Son motore que por tener un rotor de múltiple polo aliente y un circuito de campo que puede er controlado por medio electrónico, e uan para poicionamiento y carrera exacta. El par rotativo e logra por la fuerza mecánica entre lo polo del material magnético del rotor y lo polo del etator. Al igual que en un electromagneto, no hay embobinado ecundario. 69

2 Máquina eléctrica de corriente alterna (CA) Etator de un motor de inducción Generador de corriente alterna El rotor recibe energía mecánica rotativa y una excitación de CD a travé de anillo rozante para producir un campo giratorio, induciendo un voltaje alterno en el etator. El voltaje inducido puede er monofáico o polifáico. La CD para la excitación puede producire con un rectificador que aproveche la CA generada inicialmente gracia al magnetimo reidual del rotor. Motor incrónico E imilar al generador de corriente alterna, pero al aplicar un voltaje polifáico al etator, ete crea un campo rotativo que hace girar al rotor excitado con CD a velocidad incrónica. Son muy eficiente a baja velocidad y pueden funcionar con factor de potencia adelantado. Motor lineal Se utilizan en equipo de tranporte como lo monoriele. Exiten de inducción y incrónico, y e pueden viualizar como motore deenrollado. Rotor E la parte móvil de una máquina eléctrica rotativa, etá compueto por un núcleo de acero laminado imilar al del etator, y un devanado de cobre. Gira obre un eje dentro del etator, eje que etá montado en cojinete ( roller ) de bola. En lo motore má pequeño el eje etá montado en buje de bronce. Rotor de un motor de inducción Parte de un motor de inducción de rotor devanado Etator Carcaa E la parte fija de una máquina eléctrica rotativa, compueta por un núcleo de acero laminado de alto contenido de ilicio, que hace que la pérdida por hitérei ean reducida, y por un devanado de cobre ailado con barniz ailante. Etá montado dentro de una etructura metálica, la carcaa, que le da unidad a toda la máquina. E la envoltura exterior de metal de la máquina eléctrica, donde va montado el etator, y que le da unidad al conjunto, tiene también una bae con hueco de anclaje para fijar la máquina. La carcaa también puede tener aleta de ventilación para diipar el calor interno de la máquina. 70

3 Carcaa de un motor de inducción El motor de inducción El motor má utilizado por er robuto y de bajo precio e el motor de inducción, en epecial el de jaula de ardilla, al cual dedicaremo el reto del capítulo, y que tiene la iguiente caracterítica: Ventilador Alguna máquina tienen incorporado al eje del rotor un ventilador que ayuda a diipar el calor producido por la pérdida de la máquina. Anillo rozante Lo generadore de corriente alterna y motore de rotor devanado tienen el devanado del rotor conectado a uno anillo conductore que giran en el mimo eje, ailado del reto del motor. Lo anillo e conectan por medio de ecobilla de metal o carbone a lo conductore exteriore. Contrucción robuta Reitente a ambiente contaminado Fácil de fabricar Poco mantenimiento Tamaño etandarizado Diponibilidad en el mercado Se fabrican trifáico y monofáico Control de arranque imple a velocidad fija Control de velocidad con variadore de frecuencia i la aplicación lo requiere Su principal deventaja fue hata hace poco año que e tenía un control limitado obre la velocidad, el par y el factor de potencia, pero eta deventaja e han uperado en gran medida con lo convertidore de frecuencia electrónico gracia a lo avance en la electrónica de potencia. Anteriormente era neceario utilizar motore de corriente directa, mucho má cotoo, para aplicacione que requerían control continuo de la velocidad del motor. El motor de inducción de jaula de ardilla E de fabricación encilla, ya que lo arrollado del rotor etán formado por barra en cortocircuito. No hay conexione exteriore del rotor, y ólo e conecta el etator en la caja de conexione. La contrucción con barra inclinada hace má uave y ilencioo el funcionamiento. Caja de conexione Rotor de jaula con barra inclinada 0=eje 1=cojinete =jaula 3=tapa lateral carcaa 4=ventilador E una caja adoada a la carcaza donde e alojan la conexione con lo conductore externo. Puede tener terminale de tornillo o de preión. Alguno motore pequeño tienen olamente lo extremo de lo cable ailado que alen del interior del motor. Número de polo E la cantidad de polo magnético por fae que e logran en el etator y/o el rotor por efecto del dieño del núcleo y de lo devanado. El cao má imple e el de una máquina de polo. 71

4 Motor moderno de inducción de jaula de ardilla revolucione por minuto (RPM o 1/min). N =60 f P/ RPM Aí tenemo que a 60 Hz, para un motor de polo, la velocidad incrónica e de 3600 rpm, para un motor de 4 polo e de 1800 rpm, para uno de 6 polo e de 100 rpm, y para uno de 8 polo e de 900 rpm. Funcionamiento del motor de inducción 1. La bobina del etator producen un campo magnético giratorio de magnitud contante (teorema de Ferrari) que abarca todo el núcleo, y que corta la bobina en cortocircuito.. En la bobina del rotor en cortocircuito e induce un voltaje que, por la baja reitencia, produce una corriente elevada. La velocidad de rotación NR a plena carga e llama velocidad nominal o aíncrona del motor y e mide también en RPM. E la velocidad incrónica meno el delizamiento. El rotor de un motor aincrónico nunca alcanza la velocidad incrónica debido a que e necearia una diferencia de velocidad angular entre el campo magnético producido por el etator (velocidad incrónica NS), y el giro del rotor (velocidad aíncrona NR) para que e produzca una corriente inducida en la bobina del rotor y exita una fuerza. El delizamiento e la relación entre la diferencia de velocidade y la velocidad íncrona. = N S N R NS N R =N S (1 ) RPM La variación del flujo magnético que produce el voltaje inducido depende de cómo la bobina del rotor ven la rotación del campo magnético. 3. El campo magnético giratorio ejerce obre lo conductore del rotor una fuerza mecánica F = I L B en θ cuya reultante e un par angular v t = Si no hubiera delizamiento, el voltaje en el rotor ería nulo. La frecuencia del voltaje inducido e T = D I L B en θ f R = f 4. Ete par rotativo e tralada al eje del rotor, el cual actúa obre la carga mecánica 5. La velocidad de rotación del rotor e menor que la del campo magnético, la diferencia e llama delizamiento. d d 1 = = v 1 t dt dt Hz Velocidade incrónica (aíncrona) típica POLOS / FASE RPM a 60 Hz RPM a 50 Hz 3600 (3450) (175) 1500 Velocidade rotativa y delizamiento El campo magnético gira a una velocidad que depende de la frecuencia de la corriente alterna y del número de polo de cada fae del etator. La velocidad de rotación NS del campo magnético e llama velocidad incrónica del motor y e mide en

5 Motore de varia velocidade En alguna aplicacione que requieren una velocidad baja y una alta, e uan motore con do devanado de etator o con el devanado reconectable, de manera que e puedan agrupar lo polo logrando que en una conexión funcionen con el doble o triple de polo que en la otra. Lo má comune on para una velocidad baja y una alta que e el doble de la baja. Ejemplo: un motor trifáico reconectable de 600 / 100 rpm, e logra con un motor trifáico de 60 Hz que e pueda conectar en 1 o en 6 polo, repectivamente. También e contruyen motore aincrónico de 3 velocidade. En ambo cao, el embobinado auxiliar o la bobina de arranque van en erie con un capacitor, creando un campo magnético defaado aproximadamente 90º con el campo magnético principal, y produciendo un par de arranque que determina el entido de giro. La inverión del giro e logra invirtiendo lo terminale de la bobina de arranque o auxiliar, para que el campo auxiliar ea invero. Aí, hay motore de varia velocidade de do tipo: Embobinado eparado Embobinado reconectable Gracia a la popularidad de lo variadore de frecuencia, han entrado en deuo. Sentido de giro del motor de inducción trifáico El entido de giro en ete motor depende de la rotación del campo magnético, y ete de la conexión de la fae en el etator. Se logra invertir el entido de giro con olo invertir el orden de do de la fae en la alimentación del motor. Para cambiar el entido de giro a voluntad porque la máquina aí lo requiere, e utiliza un arrancador reverible. Caja de conexione y condenador de arranque de un motor monofáico de ½ HP La fae R-S-T, S-T-R y T-R-S conectada a lo terminale U, V y W del motor producirán el mimo entido de giro, ya que el orden e mantiene y también el entido de giro del campo magnético. Si e permutan do fae e invertirá el entido de giro, entonce R-T-S, S-R-T y T-S-R producirán el entido contrario. En el itema norteamericano, la fae R, S y T e llaman L1, L y L3, y la terminale del motor on T1, T y T3. Sentido de giro del motor de inducción monofáico En un motor de inducción monofáico, normalmente no hay un entido de giro predeterminado ya que el campo e pulante. El entido de giro dependerá del impulo inicial. Para coneguir ete impulo inicial e utilizan la técnica del embobinado auxiliar o del embobinado de arranque. Circuito equivalente de un motor de inducción El circuito equivalente e análogo al de un tranformador. En el cao de un motor trifáico, el circuito equivalente correponde a olo una de la fae. 1. R1 y R repreentan la reitencia de lo devanado del etator y del rotor, y e dieñan con una magnitud reducida para que la pérdida en el cobre ean baja.. Lo flujo de diperión repreentan do reactancia en erie X1 y X, para el etator y el 73

6 rotor, repectivamente. 3. La corriente Im por la reactancia Xm repreenta la corriente de magnetización. Xm e media debido a que la denidad de flujo e mantiene por el entrehierro en la parte má lineal de la curva de magnetización, pero el entrehierro hace que la reactancia no llegue a er muy elevada. 4. La corriente Ic por la reitencia Rc repreenta la pérdida en el hierro cauada por la corriente paráita y por el calentamiento del hierro debido a la hitérei. Rc normalmente e alta por la contrucción del núcleo con lámina delgada y también porque el entrehierro reduce el efecto de hitérei. 5. El etator vé a la reitencia del rotor como una reitencia variable R /, debido a que el voltaje en el rotor V = V1. 6. La reitencia RL repreenta la carga mecánica, la cual e variable. Circuito equivalente de un motor de inducción La potencia por fae uminitrada al rotor, vita V R dede el etator, e: P R =I V 1 =I =I La pérdida por fae en el cobre en el rotor: I R Entonce la potencia mecánica por fae e: R 1 P M =I I R = I R Aí definimo una reitencia de carga R L : 1 RL =R Circuito equivalente implificado El circuito equivalente e puede implificar un poco refiriendo todo lo parámetro al lado del etator. De eta manera e implifican la prueba para medir lo parámetro, y e conigue una referencia de impedancia vita dede el lado donde e aplica el voltaje. Circuito equivalente implificado de un motor de inducción. La pérdida en el hierro (en Rc) e pueden depreciar. R EQ =R 1+R' X EQ =X 1 +X ' Z EQ=R EQ+ j X EQ=R1 +R'+ j ( X 1 +X ' ) Prueba de un motor La prueba on imilare a la de un tanformador en vacío y en cortocircuito, y on: 1. Medición de la reitencia del etator R1 con el método de voltaje y corriente de CD. Debido a que la reitencia en CA e mayor que en CD por el efecto de piel, e debe aumentar el valor obtenido con CD entre un 10% y un 5%. Si lo embobinado etán permanentemente conectado en Y, entonce al medir entre do terminale etaríamo midiendo R1, y i etán permantemente conectado en Δ, etaríamo midiendo /3 de R1.. Prueba en vacío, in carga acoplada al eje, permite medir la pérdida en el eje y la corriente de magnetización. En un motor exite un entrehierro debido a que el rotor debe girar por dentro del etator. Ete entrehierro hace que la reluctancia del núcleo ea comparativamente mucho mayor que en un tranformador, y que el acero opere en la parte lineal de la curva de magnetización, haciendo la pérdida en el hierro menore pero manteniendo una corriente de magnetización alta en comparación con la pérdida en el hierro, y entonce la potencia eléctrica PE medida en eta prueba repreenta principalmente a la pérdida en el eje por rozamiento y ventilación, PPE, y a la pérdida en el cobre del etator PCE. Por eto alguno texto eliminan RC del circuito equivalente. En vacío la reitencia de carga RL e mucho mayor que ZEQ, de manera que ZEQ e puede depreciar, y aí e 74

7 pueden deducir alguno valore: Potencia y pérdida en una máquina eléctrica P PE =P E P CE =P E 3 I 1 R 1 Para 1 fae: VF ' I = R'L vacío= ' L R +R ' 0º V F P PE / 3 R' =R'L vacío 1 I m= I 1 I 90º X m= ' VF Im 3. Prueba de rotor bloqueado, permite determinar la impedancia equivalente. Con el rotor frenado, o bien en el intante del arranque, no hay movimiento, y por tanto, no hay carga mecánica. Eta prueba e hace a un voltaje reducido, aumentándolo hata alcanzar la corriente nominal del motor. Como el voltaje erá una fracción del voltaje nominal, e podrán depreciar la corriente de magnetización y de pérdida en el hierro. Toda la potencia real trifáica correponde a la pérdida en el cobre, PCU = PCE + PCR. Para 1 fae: V Z EQ= 'F I P= P CU 3 P R EQ= ' I ' I =I 1 X EQ= Z EQ La potencia mecánica que puede entregar un motor en u eje y tranmitirla a la carga mecánica acoplada, correponde a la potencia eléctrica total requerida de la fuente meno la potencia utilizada en la pérdida. La pérdida electromagnética en una máquina eléctrica on análoga a la pérdida en un tranformador. Hay pérdida en el cobre de lo devanado, y pérdida en el núcleo, tanto en el etator como en el rotor. Ademá hay pérdida mecánica, por fricción mecánica en lo cojinete, y por la fricción del aire del ventilador. Al analizar un circuito que incluye motore aincrónico a plena carga, dentro de pequeña variacione de voltaje, e debe coniderar la potencia como contante, ya que la potencia depende principalmente de la carga mecánica y no del voltaje. De manera que, a menor de tenión en la alimentación, mayor delizamiento y mayor corriente, al contrario de lo que paa con una carga reitiva, donde la potencia e proporcional al cuadrado del voltaje. La potencia en el circuito equivalente R EQ La prueba de rotor bloqueado a voltaje nominal entregaría reultado erróneo, ya que la corriente reulta demaiado alta entre 5 y 10 vece la nominal y e produce una magnetización mucho mayor, por lo que ya la pérdida en el hierro dejan de er depreciable, perdiendo validez alguna de la aproximacione upueta en la prueba. Ademá la corriente elevada producen un calentamiento exceivo de lo devanado del etator. Eta on la condicione en el arranque de un motor aincrónico, por lo que en motore grande de uno 30 HP o mayore reulta conveniente uar método de arranque a voltaje reducido, tale como el etrelladelta o con autotranformador de arranque. Actualmente lo controle electrónico de arranque uave con rampa ajutable proporcionan olucione económica y verátile para el arranque de grande motore de inducción, reduciendo la corriente de arranque y el calentamiento del cobre y el hierro. 1. La potencia de entrada PE e olamente eléctrica, y e mide con el voltaje y la corriente faoriale.. La potencia de pérdida en el cobre e divide entre el etator PCE y el rotor PCR 3. La pérdida en el hierro PFE equivalen a la diipación en RC 4. La potencia PEH en el entrehierro e la potencia que cruza el entrehierro, depué de la pérdida en el etator y en el núcleo, y e igual a la entregada a la erie R+RL = R / 5. La potencia motriz PM diipada en la reitencia de carga equivale a la potencia mecánica en el eje, la cual e divide en potencia útil PU y pérdida mecánica en el eje por rozamiento y ventilación PPE. 75

8 3 I R P EH =3 I R R L = P CR=3 I R P CR= P EH Balance de potencia y eficiencia en un motor de inducción Analogía óptica: la máxima refracción (tranmiión) y menor reflexión (pérdida) e da cuando lo índice de refracción de lo do medio on iguale. Analogía en comunicacione: la máxima tranferencia de eñal e da cuando la impedancia del medio tranmior equivale a la del medio receptor. dp =0 d y eto e cuando la impedancia equivalente del motor e igual a la impedancia de la carga La potencia máxima e da cuando Z eq =R 1 pm pm pm= R R +Z eq Curva de potencia v. velocidad de rotación P M =P EH P CR=P EH P EH =(1 ) P EH 3 I (1 ) R PM = =3 I R L P U =P M P PE Potencia eléctrica y potencia mecánica: P E = 3V L I L co ϕ=p U +P PE +P FE +P CE +P CR Eficiencia: P PU η= U = P E 3 V L I L co ϕ La eficiencia de un motor aincrónico moderno puede llegar hata el 95% (NEMA Premium ). Potencia v velocidad potencia máxima Cada motor tiene una curva de potencia mecánica dearrollada bajo diferente condicione de funcionamiento, como potencia a plena carga y potencia máxima. Según el teorema de la máxima tranferencia de potencia conocido como Ley de Jacobi, la máxima tranferencia de potencia en un itema eléctrico e da cuando la impedancia de la fuente iguala a la impedancia de la carga. No coincide neceariamente con la máxima eficiencia. La operación a máxima potencia puede detruir el motor por la elevación del delizamiento y de la corriente y la reducción de la ventilación. Par de rotación o torque de un motor E la fuerza angular que puede ejercer el rotor bajo la diferente condicione de operación, aí tenemo: Par de arranque o de rotor bloqueado Par a carga plena Par máximo El par de rotación o torque e obtiene de la potencia de alida: P T = ωmr N-m π N r rad/eg P M 60 P M T= = N-m π N r π N (1 ) ω r= 76

9 Un motor de inducción que etá girando e puede hacer funcionar como freno dinámico aplicándole un voltaje invero controlado, de manera que NR < 0 y > 1. El torque en punto crítico: arranque máximo nominal Bajo cierta condicione de carga, i eta impula al rotor haciéndolo girar má rápido que la velocidad incrónica, NR > NS y < 0, el motor devuelve energía a la red, funcionando como generador, frenándolo. Si e ua un convertidor de frecuencia, ete puede regular la frecuencia del voltaje aplicado, reduciendo la velocidad incrónica en forma uave. Curva de par-velocidad para delizamiento en la recta real Par de arranque El par de arranque e da cuando =1: T a= Ecuación del par rotor o torque: T= 60 P M N-m π N (1 ) ' V R' 3 x 60 3 x 60 V R = N R1 R ' X eq N Z eq Como el par de arranque depende ólo de R, en un motor con rotor devanado e puede modificar el par de arranque y la velocidad a la que e conigue el par máximo inertando reitencia al devanado del rotor. Caracterítica de par velocidad para diferente reitencia conectada al rotor Par de arranque y par máximo Par a velocidad nominal: T n= 60 P n N-m N N r Par en función de lo parámetro de prueba PM= I ' = 3 I ' (1 ) R' V = (R eq+r 'L )+ X eq T= 3 x 60 π N V ( ) R' R1+ + X eq ' V R ( ' R1+ ) R + X eq Par máximo, Tm e produce cuando: dt =0 d ' R t m = R1+ X eq 77

10 T m= 3 x 60 V π N ( R + R +X ) 1 1 eq El par máximo no varía porque no depende de R. La operación a par máximo puede detruir el motor por la elevación de la potencia, del delizamiento y de la corriente, y la reducción de la ventilación. Motor de doble jaula Para aumentar el par de arranque conervando caracterítica adecuada a plena carga, el rotor e puede fabricar con do jaula: Una jaula exterior de alta reitencia y baja reactancia para obtener un alto par de arranque. Una jaula interna con baja reitencia y alta reactancia para obtener condicione normale a velocidad nominal. Variación de la velocidad por variación de frecuencia Con un equipo de control electrónico conocido como convertidor de frecuencia, que conta de un rectificador, un inveror y/o un generador de impulo de frecuencia variable, de manera que el voltaje y la frecuencia de alida puedan regulare, e logra controlar la velocidad incrónica y el par de un motor de inducción de jaula de ardilla, evitándoe la complicacione y el coto de uar otro tipo de motore y/ o controle electromecánico que ya etán cayendo en la obolecencia. Convertidor de frecuencia Siemen Caracterítica de par a diferente frecuencia Caracterítica de par-velocidad de cada jaula del rotor y el par combinado 78

11 Claificación NEMA de lo motore aincrónico NEMA Potencia HP Par de aranque (% plena carga) Par máximo (% plena carga) Corriente de arranque (% plena carga) Delizamiento (%) F.P. (%) Eficiencia (%) A 0, > B 0,5-00 > < < C < D 0, Bajo Baja E >50 > ,5 < F >50 > ,5 < Rotor devanado 0,5-500 <= > Alto Variable Aplicacione típica egún claificación NEMA Clae A: carga a velocidad contante cuando e acepta una corriente de arranque elevada, tale como bomba de agua, ventiladore, extractore, máquina herramienta. Clae B: imilare a la clae A, pero con una corriente de arranque menor, tale como aire acondicionado, equipo de refrigeración. Clae C: carga a velocidad contante con inercia mediana, ya que tienen un par de arranque mayor, tale como aerradero, cinta tranportadora, compreore de pitón, trituradore, amaadora, bomba para aceite peado. Clae D: carga con alta inercia, ya que tienen el mayor par de arranque, tale como elevadore, grúa, montacarga, inyectora de plático, troqueladora y otra carga intermitente. Placa y conexione típica de motore aincrónico trifáico Placa típica NEMA HP 15 RPM 1750 Volt 30 / 460 Hz 60 Amp 39 / 19,5 F.P. 0,87 S.F. 1,15 Nema Clae B Tipo C Diagrama de conexión típico de placa para motor NEMA Clae E y F: por u bajo para de arranque, carga de baja inercia, como bomba centrífuga para agua y ventiladore. Motore de rotor devanado: carga que neceitan cierto control de velocidad o un arranque uave, tale como grúa y manejo de materiale. Conectando diferente juego de reitencia al rotor e conigue variar el par, la velocidad y la corriente de arranque. También permiten coneguir un efecto de frenado conectando corriente directa a uno de lo embobinado del rotor de manera que no e obrepae la velocidad incrónica durante el deceno de la carga. 79

12 KW 1 / min V Hz A Co ϕ Tipo IP Placa típica IEC Δ Y /,4 0,87 B 55 Diagrama de conexión típico de placa para motor IEC interruptore de preión, de nivel, controle de temperatura, interruptore de fin de carrera, centrífugo, relé de tiempo y otro. Poder arrancar motore automáticamente en ecuencia o condicionado a la diferente operacione y neceidade de un proceo. Proteger lo motore intercalando contacto normalmente cerrado de enore térmico de obrecarga, o enore de voltaje o de corriente en el circuito de control. Para ello e utilizan contactore electromagnético, lo cuale, con una corriente pequeña aplicada en u bobina, pueden operar contacto de potencia capace de conectar y deconectar la corriente de lo motore, mucho mayore que la de la bobina. Control de motore Se llama aí al equipo electromecánico o electrónico que tiene la función de conectar, arrancar, parar, regular la velocidad de rotación y el par, o invertir el entido de giro de un motor eléctrico. Si olo e deea tener la opcione de arrancar o parar el motor, e utiliza como equipo de control un arrancador directo, que conite en un contactor (interruptor electromagnético) combinado con un protector térmico contra obrecarga. También e cuenta actualmente con arrancadore directo electrónico que pueden proporcionar un arranque uave y protección por medición de la corriente y de la temperatura. Método de arranque electromecánico En el arranque tradicional con contactore electromagnético, e periguen vario objetivo: Contar con una protección para el peronal, impidiendo el arranque inadvertido de maquinaria peligroa, epecialmente máquina-herramienta o maquinaria de traiego de material, al regrear la energía depué de un corte. Eto e logra uando puladore y un contacto memoria del contactor. Poder controlar manualmente motore a la ditancia con cable delgado, gracia a la baja energía de la bobina. Poder arrancar y parar motore en forma automática con la eñal de actuadore tale como En el control manual con puladore e ua un contacto del contactor como memoria o C. Para el arranque e debe oprimir el botón de Arranque; al cerrare el contactor, el contacto C mantiene energizada la bobina. Al accionar el botón de Parada o al interrumpire la energía el contactor e deconecta y e abre el contacto C ; al regrear la energía e debe volver a oprimir el botón de Arranque. Ete tipo de control permite uar varia botonera ubicada en diferente lugare, en ete cao e deben conectar lo botone de parada en erie, y lo botone de arranque en paralelo. A continuación e preentan vario diagrama de control de motore (imbología ANSI-NEMA) Lo do primero correponden a controle por puladore manuale. El tercero correponde a un control con interruptor manual, o control automático a travé de un interruptor flotador, el cual puede er uado para llenar un tanque de agua. 80

13 Control con puladore Control con botonera múltiple Control automático o manual con elector de 3 poicione 81

14 EJERCICIOS RESUELTOS 1. Un motor de inducción trifáico de 6 polo a 60 Hz, 480 V, 1164 RPM, conectado en etrella y con potencia nominal de 75 HP, tiene lo iguiente parámetro por fae: R1 = 0,18 ohm X1 + X = 0,496 ohm Xm = 8 ohm R = 0,0935 ohm RC = 183 ohm PPE = 100 W Calcule: a) Delizamiento NS = 60 x f / (P/) = 60 x 60 / 3 = 100 RPM = (NS-NR)/NS = ( )/100 = 0,03 b) Reitencia equivalente y reitencia de la carga mecánica REQ =R1+R =0,18+0,0935 = 0,15 ohm RL =R (1-)/=0,0935(1-0,03)/0,03 =3,03 ohm c) Corriente total y factor de potencia VF = VL / 1,73 = 480 / 1.73 =77 V ZF = ZEQ + RL = REQ + RL + j XEQ = 0,15 + 3,03 + j 0,496 = 3,8 8,69º I = VF / ZF = 77 / 3,8 = ,69º = 83,46 j 1,76 IC = VF / RC = 77 / 183 = 1,51 A Im = VF / Xm = 77 / 8 = - j 34,63 A IT = I +IC+Im=84,97-j47,39 = 97,9-9,15º FP = co (-9.15º) = 0,873. Tenemo un motor de inducción trifáico de 4 polo, voltaje nominal de 0 V, conexión en triángulo, 50 Hz, FP= 0,86, potencia nominal de, KW, 9,6 A nominale, 1450 RPM. La corriente en vacío e de 3,1 A con un FP de 0,6 y la corriente de rotor bloqueado a voltaje pleno (arranque) e de 75 A con un FP de 0,5. Calcule la eficiencia del motor y aproxime cada una de la pérdida a plena carga. Intencionalmente, ete ejercicio no tiene lo dato de prueba uficiente para obtener reultado exacto, pero con lo criterio de aproximación expueto a continuación, y utilizando el circuito equivalente implificado, erá poible obtener aproximacione batante buena. Se conidera que la corriente de vacío e la corriente de magnetización má la pérdida en el hierro má la corriente de pérdida en el eje. Depreciando inicialmente la pérdida en el hierro, la parte reactiva correponderá a la corriente de magnetización y la parte reitiva correponderá a la pérdida en el cobre y en el eje a velocidad de rotación en vacío, la cual e cai igual a la velocidad nominal. Se conidera que la corriente de rotor bloqueado e la corriente por la impedancia equivalente con la reitencia de carga RL en cortocircuito má la corriente de magnetización I m. Depreciaremo la pérdida en el hierro bajo rotor bloqueado. d) Potencia de alida PU = PM - PPE =3 I (1-) R / PPE =3x84.43x(1-0,03)x0,0935/0, = W PHP = PW / 746 = / 746 = 85 HP a) La potencia de alida PU e de 00W, y la potencia de entrada PE e PE = 1,73 VL IL coϕ = 1,73 x 0 x 9,6 x 0,86 = 3.14 W η = PU / PE = 00 / 314 = 0,7 e) Potencia eléctrica: PE = 3 VF IT FP = 3 x 77 x 97,9 x 0,873 = 70,6 Kw b) Con la corriente de rotor bloqueado meno la parte reactiva de la corriente de vacío, podemo aproximar la corriente I'RB y la impedancia equivalente ZEQ. f) Par: T = f PM / π / NR = 60 x / / 3,1416 / 1164 = 530 N-m g) Eficiencia: η = PU / PE = 63,5 / 70,6 = 0,899 h) Factor de ervicio: F.S. = Potencia máxima de dieño / Potencia nominal = 85 / 75 = 1,13 IRB = 75 / 1,73 -aco (0,5) = 43,3-60º = 1,65 j 37,5 A IVACIO = I'VACIO + Im = 3,1/1,73 -aco (0,6) = 1,79-53,13º = 1,074 j 1,43 A I RB = IRB Im = 1,65 j (37,5 1,43) = 1,65 j 36,07 = 4,07-59,03º A ZEQ = REQ + j XEQ = VL / I RB = 0 / 4,07 = 5,3 59,03º =,69 + j 4,48 ohm 8

15 c) Con la corriente nominal meno la corriente de magnetización Im podemo determinar la corriente I' y la pérdida en el cobre P CU a plena carga. I1 = 9,6 / 1,73 -aco (0,86) = 5,54-30,68º = 4,76 j,83 A (en cada fae de la delta) I' = I1 Im = 4,76 j (,83 1,43) = 4,76 j1,4 = 4,96-16,39º A PCU = 3 I' REQ = 3x4,96x,69 = 199W d) Calculando el delizamiento y conociendo la potencia mecánica nominal podemo aproximar la reitencia de carga RL, la reitencia del rotor R y la pérdida del cobre en el rotor y en el etator a plena carga. De la tabla de velocidade incrónica obtenemo NS = 1500 RPM = (NS NR) / NS = 50 / 1500 = 0,033 RL' = PM / 3 / I' = 00/3/4,96 = 9,8 ohm R' = RL' /(1-)=9,8x0,033/(1-0,033) =1,017 ohm PCR =3 I' R' = 3x4,96 x 1,017 = 75W PCE = PCU PCR = = 14W e) Podemo también aproximar la pérdida en el eje en vacío: PEH = 3 VL I'VACIO =3x0x1,074= 709W PCU-VACIO = 3 I'VACIO REQ = 3x1,074x,69 = 9W PPE = PEH PCU-VACIO= =700 W f) Y por diferencia, podemo obtener una aproximación de la pérdida en el hierro: PFE=PE-PU-PPE-PCU= = 43W Deprecie la pérdida en el hierro. La prueba de vacío dan lo iguiente dato: PE = 40W I=0,7A NR=1786 RPM La prueba de CD da lo iguiente dato: VCD = 6V ICD=0,5A R1 = VCD / ICD = 6 / 0,5 = 1 ohm + 15% = 14 ohm VF = VL / 3 = 10 V En vacío: S = 3 VF I1 = 3 x 10 x 0,7 = 5 VA Q = (S - P)1/ =(5-40)1/ = 48,8 VAR IM = (Q/3) / VF = 48,8 / 3 / 10 = 0,69-90º A PCE = 3 I1 R1 = 3 x 0,7 x 14 = 0,6 W PPE = PE PCE = 40 0,6 = 19,4 W A plena carga: IN = 1, A ϕ = aco 0,71 = 44,8º I1 = IN co ϕ + j IN en ϕ = 0,85 + j 0,846 A I' = I1 IM = 0,85-j(0,846-0,69) = 0,85-j0,155 I' = 0,866-10,3º A ZEQ' + RL' = VF / I' = 10 / 0,866 = ,3º Ω ZEQ' + RL' = j5 Ω RL' = PM/3/I' = (175+19,4)/3/0,866 = 86,4 Ω REQ' = ,4 = 49,6 Ω XEQ'= 5 Ω ZEQ'= (49,6+5)1/ = 55 6,75º Ω R' = REQ' R1 = 49,6-14=35,6 Ω PCU = 3 I' REQ = 3x0,866x49,6 = 11 W η = 100PU/(PU+PPE+PCU)=175/(175+19,4+11) η = 57% o bien: η = PU / PE = PU / 3VF IF coϕ η = 175/ (3x10x1,x0,71) = 0,57 3. Calcule lo parámetro de un motor trifáico de inducción de laboratorio cuyo dato on: Voltaje nominal: 08V, conexión etrella Potencia de alida: 175W a 1740 RPM Corriente nominal: 1, A Factor de potencia: 0,71 83