P10: ARRANQUE E INVERSION DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR ASÍNCRONO (O DE INDUCCIÓN) TRIFÁSICO CON ROTOR DE JAULA DE ARDILLA

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1 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL (BILBAO) Departamento de Ingeniería Eléctrica INDUSTRI INGENIARITZA TEKNIKORAKO UNIBERTSITATE-ESKOLA (BILBO) Ingeniaritza Elektriko Saila ALUMNO P10: ARRANQUE E INVERSION DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR ASÍNCRONO (O DE INDUCCIÓN) TRIFÁSICO CON ROTOR DE JAULA DE ARDILLA ASIGNATURA FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TITULACIÓN PROFESOR GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA D. JUAN CARLOS LOSÁÑEZ GONZÁLEZ CURSO 2º GRUPO 01 CURSO ACADÉMICO

2 PRÁCTICA Nº 10: ARRANQUE E INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR ASÍNCRONO (O DE INDUCCIÓN) TRIFÁSICO CON ROTOR DE JAULA DE ARDILLA 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. En esta práctica vamos a realizar un montaje que conecta un motor trifásico a la red, por medio de un contactor. La conexión se hace en triángulo, para poder conseguir la potencia nominal Conexión e inversión del sentido de giro. Montamos un circuito que conecta (a través de un contactor) las tres fases de la alimentación al motor y lo completamos con una rama paralela que invierte la conexión de dos de las fases, para que el giro del motor sea, cuando se aplica esta segunda alimentación, opuesto al inicial. Por seguridad, debemos evitar que las dos conexiones se puedan conectar simultáneamente, y para ello utilizamos los contactos auxiliares (normalmente cerrados) de los contactores; si no lo hiciéramos así correríamos el riesgo de que se puedieran realizar las dos conexiones en el mismo instante, lo que supondría un cortocircuito entre dos de las fases. Figura 1. Arranque e inversión de marcha (montaje de fuerza). Fecha: 12 de marzo de

3 En este montaje se usa un fusible de línea (triple) y de un interruptor térmico de seguridad, que no permite el paso de una corriente superior a la nominal durante mucho tiempo (algún segundo como máximo). La alimentación llega al motor a través de uno de los dos contactores. El circuito de control, por su parte, se alimenta a 24 voltios, que suministra un transformador, a través de uno de los contactos auxiliares del interruptor de seguridad y del pulsador de parada (normalmente cerrado). Cada uno de los contactores se activa a través del pulsador de arranque correspondiente, con un sistema de seguridad que evita la activación de cada uno de los contactores cuando está activo el otro. Adicionalmente, cuando un contactor se activa, uno de sus contactos auxiliares puentea al pulsador de arranque, y permanecerá activo, aunque se libere el pulsador. Cuando hacemos funcionar al motor con este montaje observamos que, en el instante del arranque, el motor se levanta de un lado, por efecto del par y la inercia, de forma que golpea la mesa, debido a que el motor parado no presenta en sus bornes una fuerza contraelectromotriz que se oponga al paso de la corriente; así la intensidad en el arranque aumenta, y también el par, llevando a que el motor dé un golpe al arrancar. Esta forma de arranque (arranque directo) tiene sus ventajas, como un buen par durante el arranque (de 0,6 a 1,6 veces el par nominal) y un equipo sencillo para su puesta en marcha; sin embargo, estas ventajas se apoyan en un pico de intensidad considerable (entre 4 y 8 veces la intensidad nominal del motor), lo que puede producir una elevada caída de tensión en la línea de alimentación. Por este motivo, sólo se arrancará de esta forma cuando la potencia es mucho menor que la capacidad de la red Conexión en triángulo y estrella (temporizado). Para evitar esto (el golpe de intensidad), procederemos a arrancar de forma más suave el motor. Inicialmente, la conexión deberá ser de menor tensión, para que el motor tome una velocidad antes de conectar la tensión nominal; de esta forma se consigue una fuerza contraelectromotriz antes de aplicar la tensión nominal en sus bornes. Fijándonos en la caja de bornes del motor, nos encontramos con los dos terminales de cada uno de los devanados del estátor, con la indicación de dos tensiones nominales de funcionamiento; una de ellas (la mayor) suministrará la potencia nominal cuando se conecte en estrella, y la otra (la menor) lo hará si se conecta en triángulo, de forma que si disponemos de una red con la tensión menor, la podremos conectar en estrella para conseguir un arranque más suave, en vez de conectarlo en triángulo con una tensión menor, y cambiar a triángulo para obtener la potencia nominal una vez en marcha. Figura 2. Conexiones de los devanados del motor (triángulo y estrella). Fecha: 12 de marzo de

4 Este sistema presenta inconvenientes: sólo es posible cuando disponemos de la tensión de alimentación que coincide con la menor de las dos aceptadas por el motor, el par es muy reducido durante el arranque (un tercio del par con arranque directo en triángulo), sin posibilidad de regulación de corriente, y el corte al pasar de estrella a triángulo origina transitorios. Su ventaja está en la reducción de la corriente, que se reduce a un tercio de la que se presenta en un arranque directo en triángulo, con un sistema de arranque barato. En el caso del motor que tenemos, la tensión menor (triángulo) es la de nuestra red de alimentación, así que realizamos la conexión en estrella, de forma que cada uno de los devanados sólo recibe una parte de la tensión nominal en el momento del arranque; un temporizador conmuta la conexión después a un triángulo, para permitir toda la potencia que se exija de él. Figura 3. Conexión en estrella-triángulo (montaje de fuerza). Para esto se hace un montaje similar al anterior, salvo porque usamos tres contactores, uno de ellos para alimentar al motor y los otros dos para conectar los devanados en las configuraciones establecidas: estrella para el arranque y triángulo en el funcionamiento normal. Ahora son estos contactores los que no pueden activarse simultáneamente. Adicionalmente usamos un temporizador retardador, que activará la conexión en triángulo 10 segundos después del arranque. 2. ESQUEMA DE LOS MONTAJES Conexión e inversión del sentido de giro. Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico se invierte el orden de dos fases, lo que invierte la secuencia (de R-S-T pasa a T-S-R). Lo haremos conectando la red en una secuencia a través de un contactor o con la secuencia cambiada a través de otro; el circuito controlará que la conexión se haga con seguridad. Fecha: 12 de marzo de

5 Para el montaje se ulitizan los contactos auxiliares, tanto de los contactores como del interruptor térmico de seguridad (F4). Para que se pueda arrancar el motor, en cualquiera de los dos sentidos, es necesario que no esté disparado el térmico y que el pulsador de parada esté en resposo (normalmente cerrado). Las dos ramas en paralelo se corresponden con los controles para hacer girar al motor en cada uno de los sentidos. Se observa que para que funcione a través de la primera rama es necesario que KM2 esté inactivo, permitiendo el paso de la corriente a través de su contacto auxiliar (normalmente cerrado), e igualmente, para que funcione por la segunda, KM1 deberá estar en reposo. El otro contacto auxiliar (de cada contactor) que se utiliza en el montaje tiene como finalidad que, una vez activado KM1 por la pulsación de S1 ( o KM2 por la pulsación de S2), la alimentación se mantiene a través de este segundo contacto, de forma que no es necesario mantener la pulsación. Finalmente, debemos observar que para invertir el giro del motor es necesario pulsar parada (S0) antes. Figura 4. Arranque e inversión de marcha (montaje de control) Conexión en triángulo y estrella (temporizado). Cuando deseamos arrancar el motor con suavidad, para conmutar posteriormente a una conexión que permita desarrollar el trabajo requerido al motor, necesitamos tres contactores y un temporizador. El montaje es muy parecido al anterior, se alimenta a través del fusible, el relé térmico (su contacto auxiliar normalmente cerrado) y del pulsador de paro (también normalmente cerrado). Si es relé térmico estuviera disparado, a través de su contacto auxiliar normalmente abierto se alimentaría una luz de avería, que nos avisaría de esta circunstancia (esta parte del montaje sólo estará alimentada si el fusible permanece intacto). Fecha: 12 de marzo de

6 Tras esta línea común se abren cuatro ramas, que alimentan a los tres contactores y al temporizador; cuando se usa el pulsador de marcha se activa el contactor principal (que alimenta al motor) y su contacto auxiliar, en paralelo con el pulsador, mantiene la alimentación de todas las ramas. En el instante inicial el contacto auxiliar del temporizador está en reposo, de forma que se alimenta el relé KM2 (conexión en estrella); después del retardo el temporizador KT4 conmuta y alimenta al relé KM3 (conexión en triángulo), que se activará al caer KM2 (por su contacto auxiliar normalmente cerrado), y se alimentará por su propio contacto auxiliar (normalmente abierto) una vez que se desconecte el temporizador, que pierde su alimentación al entrar KM3. Figura 5. Conexión en estrella-triángulo (montaje de control). 3. CUESTIONARIO Explica por qué durante el arranque de un motor de inducción se alcanzan valores de intensidad superiores al nominal de la máquina. En los motores trifásicos de inducción, la intensidad en el instante del arranque crece considerablemente, debido a que los campos electromagnéticos establecidos durante su funcionamiento generan una fuerza contraelectromotriz, que se opone al paso de la corriente a través de él, pero ésta no se está presente mientras se encuentra en reposo, siendo la causa de este pico de corriente. Fecha: 12 de marzo de

7 3.2. Qué nos indica la placa de características del motor utilizado? Reproducirla y explicar cada uno de los códigos. En la placa de características de un motor aparecen todas las que son relevantes para su utilización: Figura 6. Placa de características de un motor de inducción. 1. Marca del fabricante. 2. Número de serie. 3. Clase térmica (indica la temperatura máxima de trabajo del motor por un período prolongado). 4. Indica que es un motor trifásico. 5. Tamaño del motor: Normalizado, 90 mm. de altura de la base al eje y longitud S (small, indicado en tablas). 6. Norma que se ha usado como referencia en su construcción. Recoge una serie de reglas que el fabricante debe seguir a la hora de dar la información técnica del producto. 7. Grado de protección. Indica estanqueidad frente a sólidos (primera cifra, de 0 a 5, correspondiendo las más altas a una mayor protección) y frente a líquidos (segunda cifra, de 0 a 8, siendo también mayor para las cifras más altas). 8. Forma constructiva. Indica la forma de fijación (patas, bridas o ambas) y posición de trabajo (vertical u horizontal y con el eje saliente hacia arriba, abajo, izquierda o derecha). 9. Especificaciones para frecuencia de alimentación de 60 Hz. 10. Rangos de tensión e intensidad máximos en estrella y triángulo. 11. Velocidad de giro del motor (en revoluciones por minuto). 12. Tensión e intensidad nominales. 13. Factor de potencia. 14. Potencia que el motor desarrolla a plena carga. 15. Frecuencia de red para la que se definieron los 5 últimos parámetros (en Hz.). Fecha: 12 de marzo de

8 3.3. Qué método de arranque se emplea para los motores asíncronos de rotor bobinado? Los motores de rotor bobinado reciben la alimentación de los devanados del rotor a través de las escobillas y los colectores. Al estar alimentados sus rotores, puede controlarse la corriente consumida, por medio de resistencias intercaladas en el circuito de su alimentación; en estas circunstancias se puede controlar su par, que depende de la resistencia del rotor, de forma que se mantienen bajo control las condiciones de corriente y par Qué le ocurriría a un motro con arranque Y-Δ, si por avería del automatismo de arranque se quedara en estrella proporcionando el par nominal? Si se quedara en configuración de estrella y se le exigen las condiciones de trabajo normales, dado que no es capaz de entregar el mismo par que al estar montado en triángulo, su velocidad se verá afectada, disminuyendo, lo que se traduce en un aumento de corriente, intentando realizar el esfuerzo que se le pide, pudiendo llegar a deteriorarse, dado que no son las condiciones para las que se diseñó y fabricó. 4. CONCLUSIONES. El motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla es el más popular, debido a la sencillez de fabricación y la facilidad de operación y mantenimiento; por no recibir alimentación en el rotor, no tiene contactos de escobillas, que son los más delicados, y su vida es más larga. Su funcionamiento normal se desarrolla a una velocidad cercana a la sincrónica (ligeramente inferior). El par máximo de un motor de inducción con rotor bobinado se presenta a una velocidad que depende de la resistencia de sus devanados, de forma que para una resistencia alta tiene lugar a una velocidad más baja, lo que permite aumentar el par durante el arranque, si se aumenta su resistencia en los primeros momentos de su funcionamiento. Los motores de inducción se pueden usar como generadores, si hay una fuente de potencia reactiva, pero cuando están aislados presentan graves problemas de regulación de tensión; la solución reside en conectarlos en paralelo con un gran sistema de potencia, que regulará su voltaje. Se utilizan como fuentes alternativas, como molinos de viento o sistemas de recuperación de energía. Fecha: 12 de marzo de