Motor trifásico Métodos de arranque
Para determinar el proceso de aceleración de un accionado y los esfuerzos relacionados con el cambio
de velocidad, es imprescindible conocer el par aceleratriz
Motor trifásico de inducción
Característica mecánica de la carga
Para determinar el proceso de aceleración de un accionado y los esfuerzos relacionados con el cambio
de velocidad, es imprescindible conocer el par aceleratriz en función de la velocidad. El par aceleratriz es la suma algebraica entre el par de la máquina accionadora, normalmente denominado par motor, y el par de la máquina accionada, o par resistente, que como se verá más adelante, ambos pueden poseer signo positivo a negativo según el caso.
𝑀𝑎 Par aceleratriz [N.m]
𝑀𝑚 Par motriz (desarrollado por el MTI) [N.m]
𝑀𝑟 Par resistente (par de la carga mecánica) [N.m]
𝐽 Momento de Inercia de las masas en rotación (rotor del motor, carga mecánica, etc.)
[m2.kg]
𝜔𝑚 Velocidad angular de rotación del eje mecánico del motor [rad/s]
𝑀𝑟(𝜔) Par resistente a la velocidad 𝜔
𝑀0 Par resistente a la velocidad 𝜔 = 0 (debido al rozamiento en partes móviles del mecanismo)
𝑀𝑟 𝑛 Par resistente a la velocidad nominal 𝜔𝑛
𝜔𝑛 Velocidad nominal
𝑥 Coeficiente característico de la variación del par resistente
Puede tipificar los accionados según el exponente “𝑥” como sigue: 𝑥 = 0
Par resistente de la velocidad Ejemplos:
Grúas, Ascensores, Cabre-estantes, Cintas transportadas, Bombas de embolo
𝑥 = 1
Par resistente creciente linealmente con la velocidad
Ejemplos:
Generador de DC con excitación independiente con una resistencia fija como carga
𝑥 = −1
Par resistente decrece hiperbólicamente con la velocidad
Mecanismos que requieren que la potencia permanezca constante Ejemplos:
Bobinadoras, Fresadoras, Herramientas de corte.
𝑥 = 2
Par resistente creciente cuadráticamente con la velocidad
Ejemplos:
Bombas centrífugas, Hélices
Par motor del motor trifásico de inducción (MTI) La zona de funcionamiento estable de los motores eléctricos se caracteriza en general por responder a un aumento del par, con una reducción de la velocidad (a excepción del motor sincrónico). De acuerdo al grado de variación de la velocidad, se suele clasificar a las características mecánica de los motores en:
Absolutamente rígida Ejemplo: Motor sincrónico Rígida Ejemplo: Motor asincrónico trifásico Suave Ejemplo: Motor DC, excitación serie. Motor DC, excitación compuesta, Motor universal.
Motor Trifásico de inducción
Como se había demostrado anteriormente, el par motor desarrollado por un MTI es:
Derivando M respecto a “𝑠”, e igualando a cero podemos obtener los máximos y mínimos del par motor:
Donde —-> 𝑠𝑐: resbalamiento crítico
Reemplazando “s” por resbalamiento crítico en la ecuación del par tendremos una expresión del par crítico:
Haciendo el cociente par / par crítico tenemos:
Para simplificar la expresión llamaremos “𝑎” a la relación 𝑅1 /𝑅2 ’, (que en las máquinas asincrónicas vale aproximadamente 1), y nos queda:
Simplificando aún más, podemos asumir que el producto 𝑎𝑠𝑐 es pequeño frente a 1 en el numerador, y también 2𝑎𝑆𝑐 es pequeño frente a 𝑠/𝑠𝑐 cuando 𝑠 es alto, y pequeño frente a 𝑠𝑐/𝑠 cuando 𝑠 es menor que 𝑠𝑐. En consecuencia:
Para obtener el resbalamiento crítico a partir de datos de catálogo, puede considerarse que si 𝑠= 𝑠𝑛, entonces 𝑀= 𝑀𝑛:
Resolviendo la ecuación cuadrática para 𝑠𝑐:
En la ecuación anterior el signo (+) corresponde al régimen motor, mientras que el signo (-) corresponde al motor utilizado como generador (el estudio del régimen generador excede al alcance de este apunte)
De aquí se puede definir el factor “𝜆” como:
En consiguiente, es posible definir al resbalamiento crítico en función de “𝜆” como
Ejemplo:
Siendo los datos de un motor de 75 CV, 4 polos los siguientes:
El par crítico es:
Con ello, puede hallarse la velocidad mecánica en el eje a la cual se producirá el par crítico:
Principales métodos de arranque de un MTI
El motor trifásico de inducción es el tipo de motor eléctrico más utilizado en todas las industrias, entre algunas razones, debido a su gran simplicidad constructiva, flexibilidad de aplicación y economía de operación. Desde su invención, se han desarrollado métodos de arranque que mejor se ajusten al proceso y buscan mitigar el impacto del arranque sobre la red eléctrica y sobre la carga mecánica. A continuación se estudiará una introducción a los principales métodos de arranque de motor trifásico de inducción.
Arranque directo
El arranque directo es el método más simple para arrancar un motor trifásico de inducción. Consiste simplemente en conectar los devanados estatóricos directamente con el cierre de contactos de potencia (contactores).
Principales características:
Corriente de arranque = 4 …8 𝐼𝑛 (dependiendo del motor)
Par de arranque = 1.5 …3 𝑀𝑛 (dependiendo del motor)
Alta aceleración con alta corriente de arranque
Alto estrés mecánico producido a la carga y partes móviles del motor
Impacto sobre la red eléctrica: Alto
Máquinas y Accionamientos Eléctricos (3M4)
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Principales características:
Corriente de arranque = 4 …8 𝐼𝑛 (dependiendo del motor)
Par de arranque = 1.5 …3 𝑀𝑛 (dependiendo del motor)
Alta aceleración con alta corriente de arranque
Alto estrés mecánico producido a la carga y partes móviles del motor
Impacto sobre la red eléctrica: Alto
En este tipo de arranque se producen grandes corrientes de arranque, lo cual puede causar efectos sobre la red a la que se encuentra conectado el MTI (caídas de tensión).
En motores cuyas corrientes de arranque superan los 30 A, y que sean arrancados numerosas veces se deben tomar acciones para prevenir la ocurrencia de valles de tensión en el resto de la red eléctrica. Los motores con potencias que excedan 4 kW y tensiones nominales del orden de 400/690 V pueden ser arrancados utilizado un arranque estrella-triángulo Pese a sus desventajas, el arranque directo es el método más simple y económico de puesta en marcha, por lo tanto el preferido si la red y el accionado lo admiten. Las limitaciones impuestas por el accionado son dos:
Limitaciones impuestas por el accionado
A- Cupla insuficiente.
Evidentemente si la cupla exigida por el accionado antes de alcanzar la velocidad de régimen
es mayor que la que puede suministrar el motor este no arrancará, o detendrá su aceleración
antes que alcance la velocidad nominal, como puede apreciarse en los ejemplos “a y b” de la
Figura 5.
Antes de pasar a otros métodos más costosos, puede considerarse la posibilidad de usar un motor con doble jaula o jaula trapezoidal, que como es sabido poseen mayor cupla de arranque, aunque menor cupla máxima, rendimiento y factor de potencia.
B-Exceso de cupla.
Cuando la cupla motora excede en mucho a la antagónica pueden surgir aceleraciones inadmisibles, ya sea desde el punto de vista operativo, por ejemplo al accionar un ascensor, o desde el punto de vista de los esfuerzos mecánicos ligados al tamaño del eje, forma de lubricación y momento de inercia.
Además de las limitaciones del accionado, deben tenerse en cuenta las limitaciones impuesta por los efectos ocasionados sobre la red. El arranque de un motor asincrónico es una carga dinámica que la red debe estar preparada
para absorber. Si no es así deberán tomarse medidas correctivas ya sea sobre la carga y/o sobre la red. En cuanto a las limitaciones impuestas por la red, tambié decir que tiene dos aspectos: Como es sabido, el motor asincrónico trifásico con rotor en jaula de ardilla, toma una corriente en el arranque del orden de cinco a siete veces la corriente nominal, siguiendo un curso a medida que aumenta su velocidad como indica la Figura 4.a.
Debe considerarse que estas curvas son válidas solo si la potencia de cortocircuito de la red es prácticamente infinita comparada con la potencia del motor. De no ser así, habrá que considerar que la caída de tensión provocada durante el arranque en el punto de acometida común con otras cargas no afecte el funcionamiento de estas. Esto por supuesto depende de la magnitud de la caída, de la frecuencia de los arranques y de la naturaleza de dichas cargas. Una caída del 15 % suele ser admisible si el arranque no es frecuente, si no se afecta a protecciones de mínima tensión, u otras cargas susceptibles.
El cálculo de caída de tensión puede hacerse usando el dato de corriente de arranque con su cos phi, lo cual supone que la corriente no se verá afectada por la caída de tensión, o si se quiere hacer con mayor exactitud, calculando la impedancia equivalente del motor (correspondiente al arranque) e incluirla en el circuito equivalente de la red con el motor.
Si se considera la influencia de la red sobre la corriente de arranque:
La cupla del motor es proporcional al cuadrado de la tensión. Por lo tanto el arranque con cupla antagónica alta puede verse comprometido si la caída de tensión es importante. Siguiendo el ejemplo anterior, como una caída de tensión del 7.8% la tensión valdrá el 92.2%, y la cupla el 85%.Si se considera que por el efecto de las cargas la tensión en barras ya era un 5% menor, entonces la cupla valdrá un 76%.
La reducción de cupla es máxima en el pico inicial de la corriente de arranque, y la curva de cupla real se va “ajustando”, a la curva ideal, a medida que el motor acelera, y la corriente disminuye.
Cuando la caída de tensión producida durante el arranque directo se hace inadmisible por efecto provocado sobre otras cargas, pero el accionado admite reducir la cupla motora, se recurre a los métodos de reducción de tensión como arranque estrella-triangulo (2.2), auto transformador(2.3) o arranque suave (2.6) (dichos métodos de arranque son denominados “de tensión reducida”, ya que se basan en controlar la magnitud de la tensión aplicada a los
devanados estatóricos del motor) . Por otro lado, cuando es necesario disminuir la corriente de arranque sin disminuir la cupla, incluso aumentarla, se recurre al arranque con resistencias rotóricas (2.4) o al arranque utilizando un variador de frecuencia (2.7).
Alimentador asociado al método de arranque directo
El bloqueo del rotor (condición de rotor bloqueado) por alguna falla mecánica es una falla grave que puede devenir en la destrucción térmica y dieléctrica del motor. Por esta razón, el alimentador del motor debe incluir un dispositivo de protección basado en detección de sobrecorriente para prevenir este tipo de sobrecarga térmica (recordar que cuando el rotor se Máquinas y Accionamientos Eléctricos (3M4) bloquea, el deslizamiento es 𝑠= 1 y con ello, la corriente máxima circula por el estator y por el rotor, ya que la resistencia de carga 𝑅𝑐 = 𝑅2′ 1−𝑠
𝑠 en el circuito equivalente se hace mínima).
Una solución económica y eficiente consiste en la instalación de un relé térmico en serie con la alimentación del motor, también denominado guardamotor o relé de protección de motores.
Arranque estrella-triangulo:
El arranque estrella-triángulo consiste en arrancar el estator del motor conectado en conexión estrella, y cuando la velocidad se estabiliza luego de un periodo de tiempo, conmutarlo a conexión triangulo, completándose así la aceleración y el proceso de arranque.
Principales características:
Corriente de arranque = (1.3…3)In (33% de la corriente de arranque directo)
Par de arranque = (0.5…1) Mn (33% del par de arranque desarrollado en arranquedirecto)
Arranque con tensión reducida, disminuyendo los valores de corriente y par de arranque
Ocurrencia de un pico de corriente y de par motor, durante la conmutación de la conexión estrella a la conexión triángulo.
Área de aplicación
Accionamientos que pueden arrancar sin carga mecánica, la cual es conectada mecánicamente cuando el MTI ha completado el arranque y alcanzado la velocidad de régimen.
La cupla motora de un motor asincrónico trifásico es proporcional al cuadrado de la fuerza electromotriz, que en términos prácticos puede considerarse igual a la tensión aplicada. Por lo tanto:
Evidentemente este método de arranque es apto solo para accionados cuya cupla antagónica sea inicialmente reducida, y creciente con la velocidad, como por ejemplo, ventiladores, compresores y bombas rotativas, y en general maquinas que arrancan en vacío.
En el caso de que la corriente de arranque original para arranque directo sea inaceptable en términos de efectos sobre la red a la que está conectado el motor, se puede inferir un criterio para diseñar el sistema, el cual surge de considerar al arranque satisfactorio si el pico de corriente en la conmutación no resulta mayor que el pico inicial. De no lograrse esto, se pierde el objetivo principal que es reducir la caída de tensión durante el arranque.
Una ventaja adicional de la conexión estrella-triángulo es que si en marcha, se presentara a menudo y por lapsos prolongados en estado de baja carga o marcha en vacío, se puede conmutar a estrella, mejorándose sensiblemente el factor de potencia y el rendimiento.
Alimentador asociado al arranque estrella-triángulo
La conmutación de la conexión estrella a triángulo de los devanados del estator del motor es llevada a cabo por medio de un relé temporizado que actúa sobre contactores en el circuito del alientador. El tiempo de arranque requerido depende de la carga mecánica, y no deberíaconmutarse a triángulo por lo menos hasta que el motor haya alcanzado el 75 u 80% de su velocidad nominal (𝑛𝑛) para asegurar que la mínima post-aceleración sea necesaria a desarrollar en la conexión triángulo. (Nota: Debe recordarse que las corrientes asociadas al proceso de post-aceleración en conexión triángulo son grandes, tal como en el caso de arranque directo, y este es el efecto que justamente se busca mitigar).
Al arrancar en la conexión estrella, el contactor de estrella primero conecta entre sí a los terminales de devanado U2, V2,W2, para formar una estrella. Luego, el contactor principal aplica la tensión de línea a los terminales de devanado U1,V1,W1. Luego de que el tiempo seteado se haya alcanzado, el relé temporizado emite una orden de apertura al contactor de estrella, y una orden de cierre al contactor de triángulo con fin de conectar a los terminales U2, V2,W2 con la tensión de red.
Arranque por autotransformador:
Este método de arranque en principio es igual al arranque estrella-triangulo, ya que se trata dedisminuir la corriente aplicando tensión reducida a los devanados estatóricos. Sin embargo, en este caso se tiene la oportunidad de contar con más de un escalón hasta llegar a la tensión nominal, y además se puede elegir un valor de tensión pare cada escalón que resulte adecuado. Por cuestiones económicas es conveniente en primer lugar considerar los valores de tensión del
autotransformador de construcción estándar.
Se ha visto antes que como para determinadas curvas de cupla antagónica no resultaba conveniente el arranque estrella-triangulo, ya que el pico de corriente en la conmutación se hacía inadmisiblemente elevado. En estos casos se hace especialmente adecuado este tipo de arranques ya que se dispone de valores intermedios de tensión elegidos de tal forma que la corriente no supere el valor predeterminado. En la Figura 12 se muestra mediante un equivalente monofásico la variación de corriente en la línea al aplicar una tensión del 50%. La cupla igual que la corriente se reduce al 25%
En la Figura 13 se observa como se mantiene la corriente debajo del 50% del arranque directo, pasando al 70% al 86% y al 100% de la tensión. Las cuplas correspondientes son del 50, 75 y 100% con respecto al arranque directo.
Arranque por resistencia rotórica
Para ponerse en marcha un accionamiento con cupla antagónica elevada durante todo el proceso de arranque, no se puede recurrir a los sistemas de tensión reducida (antes mencionados), ya que en estos se reduce notablemente la cupla motora.
En este caso, si no es necesario reducir la corriente de arranque, se podrá optar por el arranque directo, eligiendo un motor con elevada cupla de arranque, estos son los de doble jaula. Debe considerarse que para igualdad de características un motor de este tipo tiene menos rendimiento y menor factor de potencia. Cuando la cupla del motor con doble jaula no fuera suficiente o cuando además de aumentar la cupla se necesita reducir la corriente de arranque, se debe recurrir a un motor de rotor bobinado y anillos rozantes.
También suele ser imprescindible el arranque con resistencias cuando las condiciones de arranque son difíciles desde el punto de vista térmico, es decir, cuando debe acelerar una gran masa de inercia. Al contrario que en el rotor jaula donde el calor del proceso de arranque (o frenado), se desarrolla solo en el rotor, en el caso de motor con anillos rozantes, una parte importante de calor se disipa en la resistencia externa al mismo.
Puede obtenerse una familia de curvas características eligiendo sobre las mismas, las adecuadas para el accionamiento, según sea el fin definido.
Curvas características en caso ejemplo
Alimentador asociado al arranque por resistencias rotóricas
Circuito de mando / control
Funcionamiento:
1. Al pulsar el pulsador S1Q se energiza la bobina auxiliar del contactor K1M, el cual tensiona
(con tensión de red) al estator del motor. Además se energiza la bobina K1T del contacto
temporizado K1T, empezando a contar un tiempo t1.
2. Cuando el temporizador K1T llega al tiempo t1, se cierran los contactos del contactor K1A
(NA), energizando también a la bobina auxiliar K1A (y enclavándose) que cierra los contactos
del contactor K1A , desintercalando el último tramo de la resistencia adicional puesta en serie
con el rotor del MTI.
3. Cuando se alcanza el tiempo t2, se cierra el contacto temporizado K2T, energizando a la
bobina del contactor K2A, provocando esto que se desintercale el segundo tramo de resistencia
rotórica adicional. Como K2A se energizó, abre el contacto K2A (NC) desernegizando a la
bobina K1A (ya no hace falta que estén sus contactos cerrados pues K2A la inutiliza al
puentear a la resistencia adicional en un punto más arriba)
El mismo procedimiento ocurre hasta que se alcanza el tiempo final t3 , cuando se desintercala
toda la resistencia adicional (puenteado en su punto superior con el contacto K3A)
Arranque utilizando un arrancador suave
En muchos casos, el arranque directo y el arranque estrella-triángulo no son la mejor solución para arrancar el motor trifásico de inducción, ya que grandes corrientes pico pueden influenciar a la red eléctrica y la conmutaciones de ambos tipos de arranque puede someter a esfuerzos mecánicos (estrés) a los componentes de la máquina.
El arrancador suave (en inglés, soft starter) provee una solución a dichos problemas, ya que proporciona una tensión que crece en el tiempo en forma de rampa continua, libre de conmutaciones, consiguiendo así disminuir los picos de corriente de arranque y valores alto de cupla mecánica ya que las conmutaciones son eliminadas. La tensión aplicada a los devanados estatóricos del motor es entonces aumentada desde un valor prefijado hasta el valor nominal durante un tiempo también configurable. El arrancador suave también es capaz de controlar la detención de marcha del motor al realizar el proceso inverso (reducir progresivamente la tensión aplicada a terminales).
Los arrancadores suaves son preferidos para aplicaciones en que el arranque se realiza bajo carga (es decir, con la carga mecánica conectada al eje del motor desde el inicio). Además, éste dispositivo es preferible por sobre los arrancadores estrella-triángulo, ya que suele ser más económico que estos últimos, y además, implica un menor gasto de energía durante el proceso de arranque (algo ideal cuando se trata de motores de gran potencia).
La tensión aplicada a los terminales del motor es modificada por el dispositivo al controlar la forma de onda de la tensión por medio de rectificadores controlado. Para ello, típicamente se implementan dos tiristores en anti-paralelo por fase: uno de ellos para controlar el semiciclo positivo y el otro para el negativo.
Luego de que el tiempo de arranque ha sido alcanzado y la tensión aplicada a alcanzado el tope de la rampa, (condición TOR, o Top of Ramp), los tiristores son puenteados por medio de un contactos de bypass.
Debe señalarse que el tiempo de seteado de rampa de arranque (t arranque) no necesariamente coincidirá con el tiempo total de aceleración mecánica del rotor del motor, ya que dicho tiempo es dependiente del momento de inercia 𝐽 de la carga mecánica y de la curva de par motor del MTI.
Alimentador asociado al método de arranque por arrancador suave
El controlador se sitúa en serie con la alimentación al MTI, aguas abajo de los elementos de protección (guardamotor).
Arranque utilizando variador de frecuencia
Los variadores de frecuencia son la mejor solución para implementar arranques continuos y sin conmutaciones para motores trifásicos de inducción. Poseen la capacidad de variar la frecuencia de la tensión aplicada al estator del motor, como así también su módulo. Cuentan además con funciones de limitación de corriente que previene los picos de corriente en la red, y mitigan los esfuerzos mecánicos en las diferentes partes de la máquina.
Además de proveer un arranque suave, un variador de frecuencia también provee control de velocidad por medio del control de la frecuencia de la tensión aplicada a los terminales de los devanados estatóricos del motor. Como es sabido, los motores que se conectan directamente a la red eléctrica sólo pueden alcanzar condiciones de régimen permanente en un único punto de operación nominal para una carga dada (es decir, especificaciones de valores nominales de potencia, velocidad y par). Sin embargo, los motores que se conectan a la red a través de un variador de frecuencia pueden ser utilizados en un amplio rango de velocidades.
Cuando se compara con las soluciones anteriormente descriptas, los variadores de frecuencia parecen ser, a primera vista, la solución más costosa en términos económicos. Esto se explica por el costo intrínseco del equipo y la necesidad de instalar otras medidas como apantallamiento de los cables del motor y filtros para compatibilidad electromagnética. Pero en algunos casos, la combinación de los siguientes factores conlleva en última instancia a un beneficio económico que
convierte al variador de frecuencia en una solución conveniente.
- Arranque suave
- Eficiencia energética
- Optimización del proceso (mediante el control de velocidad)
La combinación de beneficios anteriormente mencionada se puede conseguir en aplicaciones relacionadas a grandes bombas y sopladores, ya que al ajustar la velocidad de rotación a las necesidades del proceso, y por la compensación de interferencia externa, el sistema garantiza una mayor vida útil y seguridad funcional al proceso. Además, se pueden mencionar las siguientes ventajas adicionales:
Proporciona de una mayor estabilidad en la velocidad mecánica 𝜔𝑚 ante fluctuaciones de la carga mecánica (se llegan a alcanzar fluctuaciones menores a 1%)
Opción de una conmutación automática de sentido de giro, ya que el campo rotante 𝐵𝑆 es generado en forma electrónica.
Funciones de protección de motor avanzadas integradas en el equipo (por ejemplo, protección por 𝐼2 𝑡, la cual tiene en cuenta la corriente medida y el tiempo en el que esa corriente es desarrollada. Es demostrable que el integral ∫𝐼2 𝑡 𝑑𝑡 es directamente proporcional a la energía térmica desarrollada en el interior del motor (necesaria a disipar). Además, pueden ser implementados control de temperatura mediante la confección modelos térmicos avanzados del motor y el monitoreo de termistores (dispositivos sensores de temperatura) que pueden instalarse directamente sobre el motor. Así es posible garantizar protección contra sobrecargas y también contra sub-cargas.
Operación del variador de frecuencia
El variador de frecuencia opera como un convertidor de potencia, en el circuito principal del alimentador del motor. Posee una etapa de conversión de corriente alterna a continua (la salida de dicha etapa es comúnmente denominada DC Link), y una segunda etapa donde una nueva forma de onda es generada en forma electrónica, con posibilidad de variación de su frecuencia y amplitud. Entre ambas etapas es utilizado un capacitor para proveer al equipo de la energía reactiva que requiere el MTI para funcionar, de manera de que a efectos de la red, el conjunto “variador de frecuencia – motor trifásico de inducción” se comporta como una carga resistiva (cos 𝜙≈1).
Alimentador asociado al arranque por medio de variador de frecuencia
Los componentes electromecánicos que se conecten a la entrada del variador de frecuencia (como fusibles y contactores principales) deben ser dimensionados de acuerdo a la corriente de entrada del equipo. Por otro lado, los componentes que se conecten a la salida del variador de frecuencia (por ejemplo, cables de motor, filtros y reactores) deben ser dimensionados de acuerdo a la corriente nominal operacional del motor.
Placa característica de un MTI y aspectos prácticos
Para conectar un MTI a la red, debe verificarse que los valores de tensión y frecuencia nominal de la placa característica se correspondan con los de la red.
La conexión típicamente es implementada a través de seis tornillos terminales de conexión, en la caja de terminales del motor. Cada uno de los dos terminales corresponde a los extremos de devanado estatórico de cada fase (tres pares). En dicha conexión se puede conectar el estator en estrella o en triángulo.
Generalmente, las propiedades de un MTI están definidas es normas o estándares (DIN/VDE 0530, IEC/EN 60034). Sin embargo, los detalles del diseño constructivo dependen del dominio de los fabricantes. Por ejemplo, en pequeños motores (P< 4kW) se suelen encontrar motores sin caja de terminales, donde los devanados están conectados internamente en estrella y solamente tres cables de conexión se encuentran disponibles para conectar a la red.
Sin importar de la configuración de diseño (con o sin caja de terminales), las conexiones de un MTI deben estar denotadas en secuencia alfabética (por ejemplo, U1, V1, W1) tal que si se conecta directamente a la red (L1, L2, L3) el rotor del motor gire en sentido horario (el sentido de rotación es determinado al ver de frente al eje del motor).
Conexión del estator en estrella
Para conectar al estator del MTI en estrella, se encuentra estandarizado que en la caja de terminales los terminales deben ser conectados de la forma indicada (puenteando terminales W2,U2,V2):
Conexión del estator en triángulo
Ejemplo
El MTI cuya placa característica es mostrada en la Figura 28 brinda una especificación de tensión de 230/400V. A partir de dicha especificación, se infiere que cada devanado del estator está diseñado para soportar un máximo de 230 V en forma permanente.
De esta forma, se determina:
MTI: estator en estrella Tensión de línea máxima de la red: 400V
MTI: estator en triángulo Tensión de línea máxima de la red: 230VEn el caso de una red con tensión de línea 400V (≈ 380V), el MTI debe ser conectado en estrella
Especificaciones típicas de un MTI: placa de terminales
La placa característica de un MTI provee la información sobre el mismo y determinar si el mismo está correctamente seleccionado para la aplicación. En la figura se muestra un ejemplo de una placa característica de un motor Siemens construido bajo normas NEMA. Las especificaciones se dan para operación en Estados Unidos (señalado en rojo) y en Europa (señalado en azul).
Son especificadas las tensiones nominales y las corrientes nominales para cada conexión y frecuencia eléctrica.
Se proporciona el dato de velocidad nominal del motor, para la operación bajo tensión nominal, frecuencia y carga mecánica nominal. Debe recordarse que si el MTI es operado con una carga mecánica menor, su velocidad mecánica será ligeramente mayor que la velocidad nominal.
La velocidad nominal de este motor es 1770 rpm (a 60Hz) y 1475 (a 50 Hz). A partir del dato de velocidad nominal para cualquier de las dos frecuencias, puede determinarse que el MTI fuediseñado con P=2 pares de polos en su estator, y que su velocidad sincrónica será 1800 (a 60Hz) y 1500 rpm (a 50Hz)
Para la elección de un MTI, los siguientes factores deben ser tenidos en cuenta:
Características de la carga mecánica
o Tipo de servicio
o Potencia mecánica del accionado (si es posible, la curva de par resistente-velocidad 𝑀𝑟(𝑛))
Características de la red de alimentación
Tensión de red
Frecuencia de red
Potencia de cortocircuito en el punto de conexión (concepto que cuantifica la impedancia serie hasta el punto de la red donde el MTI es conectado)
Tipo de cargas que se conectan a la misma red eléctrica que el MTI, con fin de evaluar su sensibilidad a fluctuaciones de tensión de alimentación en caso de que el efecto del arranque del MTI sea apreciable (esto puede influir sobre la elección del método de arranque del MTI).
Características del ambiente donde será instalado el MTI
Tipo de atmósfera (Explosiva, normal, etc.). Este factor influye sobre el grado de protección “IP” del MTI. Por ejemplo, en el caso de una atmósfera explosiva, cualquier
tipo de producción de chispa debe ser mitigada o aislada del ambiente exterior.
Temperatura ambiente
Fuentesy bibliografias:
Cátedra “Accionamientos Eléctricos” – Área Instalaciones Eléctricas – Departamento de Ingeniería Eléctrica – Facultad de Ingeniería – UNMDP, Mar del Plata, 2016.
J. Randermann, «Technical paper – Starting and control of three-phase asynchronous motors,» Eaton
Corporation – Electrical Sector – EMEA – Moeller, 2010.
Siemens AG, «Basics of AC Motors,» de quickSTEP Online Course – Siemens LMS.
