Motores Trifasicos

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MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS CONEXIÓN DELTA – ESTRELLA

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VENTAJAS DE MOTOR TRIFÁSICO 1.- motor más compacto, robusto y eficiente 2.- menos pérdidas en la línea 3.- par constante

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MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Existen distintos tipos de motores que funcionan en CA que, obviamente, poseen diferentes prestaciones, que los hacen útiles para uno u otro tipo de trabajo. De todos ellos, son los motores asincrónicos, y en particular los trifásicos, los más utilizados cuando se requiere una fuente de propulsión de energía eléctrica. Ello se debe fundamentalmente a su sencillez constructiva, que los hace fáciles de mantener, a su robustez, a su costo relativamente bajo en relación con motores de igual potencia pero de otras tecnologías y su excelente relación entre potencia y tamaño

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Asíncronos . Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estátor supera a la velocidad de giro del rotor. Los motores asíncronos generan un campo magnético giratorio y se les llaman asíncronos porque la parte giratoria, el rotor, y el campo magnético provocado por la parte fija, el estator, tienen velocidad desigual. A esta desigualdad de velocidad se denomina deslizamiento El estator encapsula al rotor y genera el campo magnético. Como hemos mencionado, es la parte fija. Provoca con su campo magnético fuerzas Electromotrices en el rotor que a su vez provocan corrientes eléctricas. Estas dos circunstancias, la fuerza electromotriz y las corrientes eléctricas, provocan una fuerza magnetomotriz , lo cual hace que el rotor gire. La velocidad del rotor siempre será menor que la velocidad de giro del campo magnético. Así tenemos que la velocidad de un motor asíncrono será igual a la velocidad del campo magnético menos el deslizamiento del motor.

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Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estátor es igual a la velocidad de giro del rotor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación : - Motores de anillos rozantes. - Motores con colector. - Motores de jaula de ardilla. Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator.

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El motor síncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se desea velocidad constante. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator. Imanes

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Motor asíncrono Los motores asíncronos son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna . El motor asíncrono trifásico está formado por: -un rotor , que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla b) bobinado - un estator , en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday

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EL CAMPO ROTANTE Consideremos un conjunto de tres bobinas idénticas colocadas de manera tal que sus ejes forman ángulos de 120º y alimentadas desde una red trifásica, es decir con tensiones desfasadas 120º en el tiempo. Cada una de estas bobinas generará un campo magnético, estos campos, en virtud del desplazamiento espacial de las mismas, se encontrarán desplazados en el espacio y, como consecuencia del desfasaje de las tensiones que les dan origen, también estarán desplazados en el tiempo. Al variar el flujo, aparece una f.e.m. (tensión) que induce una corriente por la espira A-B Ley de Faraday

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La fuerza magnetomotriz que aparece en el rotor deriva en un par de fuerzas, a las que denominados PAR DEL MOTOR , siendo las causantes del giro del rotor. El par motor depende directamente de las corrientes del rotor, y tenemos que saber que en el momento del arranque son muy elevadas, disminuyendo a medida que se aumenta la velocidad. De esta forma distinguimos dos tipos de par: el par de arranque y el par normal. Esto sucede porque al ir aumentando la velocidad del rotor se cortan menos líneas de fuerzas en el estator y, claro está, también las fuerzas electromotrices del rotor disminuyen, de este modo obtenemos que las corrientes del rotor disminuyen junto con el par de motor. Lo importante de toda esta explicación, es que con los motores asíncronos podemos manejar cargas difíciles porque tenemos un par de arranque elevado (hasta tres veces el par normal).

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Principio de funcionamiento Para explicar el funcionamiento de un motor asíncronico trifásico, nos vamos a servir del siguiente símil. Supongamos que tenemos un imán moviéndose a lo largo de una escalerilla conductora tal y como se indica en la figura adjunta. Este imán en su desplazamiento a velocidad X provoca una variación de flujo sobre los recintos cerrados que forman los peldaños de la escalera. Esta variación de flujo genera una FEM , que a su vez hace por dichos recintos circule una corriente. Esta corriente eléctrica provoca la aparición de una fuerza sobre la escalera definida por F =I L B que hace que la escalera se desplace en el mismo sentido que lo hace el imán La escalera nunca podra desplazarse a la velocidad del iman ,pues en el supuesto caso de que se desplazase a la misma velocidad que el iman , la variación de flujo sobre los recintos cerrados seria nula, y por lo tanto la FEM inducida tambien y por tanto la fuerza resultante tambien seria nula.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO Campo magnético giratorio en el estator Ns = f x 2 Π P El campo magnético induce f.e.m en el rotor Circulan corrientes por el rotor Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator Par en el rotor: el rotor gira El rotor gira a una velocidad Nr inferior a la velocidad de sincronismo Ns pues en caso contrario no se induciría f.e.m. en el rotor y por lo tanto no habría par motor

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En un motor asincrónico la escalera es el desarrollo lineal del rotor y el campo magnético que se desplaza es originado por un sistema trifásico de corriente que circulan por el estator.

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Constitución de la maquina asincrónica trifásica

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ESTATOR : Tienen tres devanados en el estator. Estos devanados están desfasados 2 ∏ /(3P). Siendo P el numero de pares de polos de la maquina BOBINADO(ROTOR): Los devanados del rotor son similares a los del estator con el que esta asociado. El numero de fases del rotor no tiene por que ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje.

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Motor con rotor bobinado

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Motor con rotor en jaula de ardilla

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Motor con rotor en doble jaula de ardilla El rotor en estos motores esta constituido por dos jaulas, una externa, de menor sección y material de alta resistividad, y otra interna de sección mayor y material de baja resistividad. Ambas jaulas están separadas entre si en cada ranura por medio de una delgada rendija que aumenta el flujo de dispersión en la jaula inferior. De este modo se consigue una jaula exterior de alta resistencia y baja reactancia y una jaula interior de baja resistencia y baja reactancia.

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Campo magnético giratorio El Campo magnético giratorio se obtiene con tres devanados desfasados 120º (acoplados en estrella o triángulo) y conectados a un sistema trifásico de c. a.

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Aspectos constructivos El estator alberga las tres bobinas encargadas de generar el campo rotante, estas tienen sus extremos iniciales denominados U, V y W, y los extremos finales correspondientes denominados X, Y y Z . Los extremos de las bobinas son accesibles desde el exterior del motor en una caja de bornes ubicada en el lateral de la carcaza tal como se puede apreciar en la figura siguiente, esto permite efectuar conexiones en estrella o en triángulo según convenga.

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Características de la aplicación: Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6 Tipo 7 Tipo de carga Constante Variable Constante Variable Variable Variable Variable Arranques Raramente Raramente Raramente Raramente Frecuente Frecuente Frecuente Picos de carga Bajos Altos Altos Altos y frecuentes Altos y de corta duración Altos Altos Par de arranque Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal a alto Potencia del sistema Bajo Bajo Bajo Bajo Alto Bajo Muy alto Campos de aplicación de los motores asíncronos

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Ejemplos de cada uno de los tipos son : - Tipo 1: La mayoría de las aplicaciones: bombas centrífugas, ventiladores, compresores sin carga. - Tipo 2: Máquinas herramienta: tornos, sierras, fresadoras, etc... - Tipo 3: Compresores, bombas oscilantes, transportadores cargados. - Tipo 4: Prensas punzadoras de alta velocidad. - Tipo 5: Prensas de estirado, plegadoras. - Tipo 6: Grúas, elevadores. - Tipo 7: Extractores. Añadir algunos ejemplos de motores que requieren una ejecución especial: - Motores para servicios intermitentes empleados en mecanismos de elevación, cabrestantes, etc...Requieren gran robustez mecánica. - Motores para telares. Tienen un funcionamiento cíclico rápido, la marcha es irregular y ruda, así que el motor debe ser excepcionalmente robusto. - Motores para el accionamiento de la maquinaria de cubierta en los buques. El ambiente de trabajo es muy desfavorable, así que debe ponerse especial atención en el aislamiento. - Motores para la industria láctea. La carcasa debe ser sin nervaduras y recubierta de un barniz especial que facilite la limpieza. - Motores destinados a funcionamiento bajo el agua. Deben hacer frente al problema de funcionamiento en inmersión. - Motores para servicio en atmósferas inflamables o explosivas. Son motores de “seguridad aumentada”, con carcasa blindada para contener las posibles explosiones. - Motores de varias velocidades, para aquellos procesos tecnológicos que no requieren una variación continua de la velocidad, sino únicamente varios niveles de velocidad diferente.

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CAJA DE BORNES DEL MOTOR ASÍNCRONO Generalmente, los fabricantes de motores asíncronos trifásicos, en la caja de bornes de sus motores colocan el principio y el final de cada uno de los devanados del estator con el objeto de que el motor se pueda utilizar para diferentes tensiones de línea, tal y como se puede observar en la figura adjunta.

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El sistema trifásico Las redes trifásicas de baja tensión están formadas por los tres conductores activos R, S y T, y pueden ejecutarse con o sin conductor neutro. Los conductores neutros están unidos al centro de la estrella del generador o del transformador correspondiente al lado de baja tensión. Dos conductores activos, o uno de ellos y el neutro, constituyen un sistema de corriente alterna monofásica. Tensión de servicio La tensión existente entre dos conductores activos (R, S, T) es la tensión de línea (tensión compuesta o tensión de la red). La tensión que hay entre un conductor activo y el neutro es la tensión de la fase (tensión simple). Se da la relación: UL = 1,73 U UL = tensión de línea (tensión compuesta) U = Tensión de fase (tensión simple)

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Las tensiones normalizadas para las redes de corriente trifásica, en baja tensión, son las siguientes: Conexión de motores trifásicos Los motores trifásicos se conectan los tres conductores R,S,T. La tensión nominal del motor en la conexión de servicio tiene que coincidir con la tensión de línea de la red (tensión de servicio). Conexión de servicio de los motores trifásicos y sus potencias nominales:

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Sentido de giro de los motores Los bornes de los motores trifásicos están marcados de tal manera, que el orden alfabético de la denominación de bornes U, V, W, coincide con el orden cronológico si el motor gira hacia la derecha. Esta regla es válida para todas las máquinas, cualquiera que sea su potencia y su tensión. Tratándose de máquinas que sólo sean apropiadas para un sentido de giro, estará éste indicando por una flecha en la placa de características. Debajo de la flecha consta en qué orden se desconectarán los bornes con las fases correlativas de la red. Se consigue invertir el sentido de giro, intercambiando la conexión de dos conductores de fase. Antes de poner en marcha el motor debe revisarse la conexión y el sentido de giro. Puesta a tierra Los motores tienen en la caja de conexiones un tornillo para empalmar el conductor de tierra. Si se trata de motores, superiores al tamaño constructivo 180, para la puesta a tierra se dispone adicionalmente un borne en la pata o bien en la carcasa.

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Variación en la tensión y en la frecuencia de la red Para motores provistos de devanado normal. Comportamiento de los valores de servicio: Modificación de la tensión sin que varíe la frecuencia El par de arranque y el par motor máximo varían aproximadamente con el cuadrado de la tensión; la intensidad de arranque se modifica en una relación aproximadamente proporcional a la tensión. Con desviaciones de hasta + 5% respecto a la tensión nominal, se puede suministrar la potencia nominal. En este caso, se podrá sobrepasar en 10ºC la temperatura límite. Aumento de la tensión (suponiendo que la potencia suministrada permanece constante). 1. La corriente magnetizante en motores de elevada saturación, limitan el aumento que puede experimentar la tensión; en este caso se encuentran especialmente los motores cuya potencia asciende hasta 3kW, aproximadamente, los cuales ya presentan, a la tensión nominal una intensidad en vacío relativamente elevada.

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2. La intensidad en el estator, que representa la suma geométrica de la componente de corriente dependiente de la carga y de la corriente magnética, se reduce generalmente. En los motores de hasta 3kW puede predominar la influencia de la corriente magnetizante y, en consecuencia, aumentar la intensidad en el estator. 3. El factor de potencia será menor a la misma potencia: el origen de ello es el aumento de la corriente magnetizante y la reducción de la corriente activa. 4. Las pérdidas en el rotor y, en general, en el estator serán menores. El calentamiento del motor depende de cómo se modifican las pérdidas en el hierro y en el cobre. Por regla general, se modificará apenas prácticamente con las fluctuaciones normales de la tensión. 5. El rendimiento tampoco variará mucho, elevándose o reduciéndose en dependencia de si predomina la reducción en las pérdidas en el cobre o el aumento en la pérdidas en el hierro. 6. La velocidad de reducción aumentará ligeramente, por ser menores las pérdidas en el rotor.

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b) Reducción de la tensión. La corriente magnetizante, la densidad de flujo, las pérdidas en el hierro y, por lo tanto, en el calentamiento del mismo, serán menores. 2. La intensidad en el estator, que representa la suma geométrica de la componente de corriente dependiente de la carga y de la corriente magnetizante, aumenta generalmente. En los motores de hasta 3kW, puede predominar la influencia de la corriente magnetizante y, en consecuencia, reducirse la intensidad en el estator. 3. Se mejora el factor de potencia (menor corriente magnetizante, mayor corriente activa). 4. Las pérdidas en el rotor y en general las pérdidas en el cobre del estator aumentan. Normalmente, será mayor el calentamiento. 5. El rendimiento apenas de modificará. 6. La velocidad de rotación descenderá ligeramente.

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B) Variación de la frecuencia permaneciendo constante la tensión Con desviaciones de hasta +5% respecto a la frecuencia nominal, se puede suministrar la potencia nominal. El valor absoluto del par inicial de arranque y del par máximo varían en relación inversamente proporcional a la frecuencia; la velocidad de rotación varía, aproximadamente, en relación directa con la frecuencia. Al modificar la frecuencia, las restantes propiedades de funcionamiento del motor varían en relación inversa a como sucede en caso de producirse un cambio en la tensión. C) Variación de la tensión y de la frecuencia simultáneamente Si la tensión y la frecuencia aumentan o disminuyen aproximadamente en igual proporción, no varían las condiciones magnéticas. El motor desarrollará el par motor nominal. Aproximadamente, la velocidad de rotación y la potencia varían en la misma proporción que la frecuencia. El par resistente puede no alterarse. Tratándose de frecuencias reducidas, la potencia disminuye en mayor medida, por ser la ventilación menos efectiva.

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GUIA GENERAL PARA MOTORES ( mF ) ---- CAPACIDAD APLICACIÓN POTENCIA --- (HP) 1.5 ------------Ventiladores de techo----------------1/40 2.5 ------------Ventiladores de techo----------------1/33 1/25 1/20 3 --------------Ventiladores de techo----------------1/12 1/15 1/25 4 --------------Ventiladores de techo----------------1/6 1/10 5 --------------Motores en General------------------ 1/8 6 --------------Motores en General-------------------1/4 a 1/8 10 -------------Motores en General------------------1/3 a 1/2 12.5 -----------Motores en General------------------1/4 a 1/2 16 a 18 -------Motores en General------------------3/4 20 -------------Motores en General------------------3/4 a 1 22 a 30 -------Motores en General-------------------1 a 1 1/2 4 a 6 ----------Forzadores de refrigeración----------1/4 8 --------------Forzadores de refrigeración----------1/3 12 a 16 ------- Motocompresores ----------------------1/2 18 ------------- Motocompresores ---------------------3/4 22 a 27 ------- Motocompresores ----------------------1 32 a 35 ------- Motocompresores ----------------------1 1/2 40 a 45 ------- Motocompresores ----------------------2

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Potencia Para elegir un motor adecuado, se tendrán en cuenta los datos siguientes: -la carga de trabajo (potencia), -la clase de servicio, -el curso de ciclo de trabajo, -los procesos de arranque, -frenado e inversión, -la regulación de la velocidad de rotación, -las variaciones de la red y la temperatura del medio refrigerante. La red de baja tensión se alimenta directamente con un generador o por medio de un transformador conectado, a su vez, a la red de alta tensión. La potencia nominal del generador o del transformador, medida en kVA , tiene que ser, como mínimo, igual a la suma de las potencias aparentes de todos los motores que, en el caso más desfavorable, se encuentren simultáneamente en servicio. La potencia de los motores que puedan conectarse a la red, considerando la intensidad en el arranque (la potencia aparente de arranque) para una cierta carga previa de la red, está determinada por la diferencia de tensiones que se considera admisible si la alimentación se hace a través de un transformador, y, si la alimentación se realiza por medio de un generador, por el diseño y excitación del mismo.

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La potencia nominal del motor debe aproximarse lo más posible a la demanda de potencia de la máquina accionada. Si el motor está dimensionado en exceso, resultan las siguientes consecuencias: Mayor intensidad de arranque, por lo cual se necesitan fusibles mayores y una mayor sección en el conductor; servicio antieconómico, puesto que el factor de potencia y, bajo ciertas circunstancias, el rendimiento a carga parcial es menor que a plena carga. Entre 3/4 y 1/1 de la carga, varía poco el rendimiento. El motor toma de la red las siguientes potencias:

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Calentamiento y ventilación La vida útil de un motor es igual a la del aislamiento de sus devanados, si se prescinde del desgaste propio del servicio de los cojinetes, escobillas, anillos rozantes o colector, elementos que se pueden sustituir por otros nuevos sin que, relativamente, se realicen gastos de importancia. Por este motivo, se tendrán especialmente en cuenta las condiciones de servicio que afecten al calentamiento y, por tanto, al aislamiento. El calentamiento es una consecuencia de las pérdidas originadas en toda transformación de energía (en caso de motores, por ejemplo, transformación de energía eléctrica en energía mecánica). El calentamiento del motor se produce, principalmente, por las pérdidas en el hierro de las chapas magnéticas y del núcleo y por las pérdidas en el cobre del devanado. Estas últimas calientan también el aislamiento de cada conductor. La temperatura admisible del aislamiento utilizado determina fundamentalmente la capacidad de carga del motor. Ppérd . = Pabs . – Pced

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En la práctica no se indican las pérdidas del motor, sino su rendimiento, el cual se calcula de la siguiente forma: La energía consumida en pérdidas = pérdidas por tiempo en kWh (calor), se acumula en el motor, de acuerdo a su capacidad térmica, conduciéndose una gran parte al medio ambiente, a través de la ventilación. Si la carga es constante, se alcanzará un estado de equilibrio cuando la cantidad de calor absorbida sea igual a la disipada, en servicio continuo, una vez que hayan transcurrido de 3 a 5 horas. La sobretemperatura entonces motivada (calentamiento) en los devanados y en el resto de las partes del motor es igual a la diferencia que hay entre la temperatura de la parte considerada y la del medio refrigerante. La sobretemperatura resulta de la relación existente entre las pérdidas que en el motor se transforman en calor y la capacidad de disipación del calor:

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siendo: ST = sobretemperatura (°C) Ppérd . = pérdidas (W) Wa = capacidad de disipación del calor (W / °C) La capacidad de disipación de calor depende de la superficie exterior del motor y de las condiciones de ventilación. Como la duración del aislamiento de los devanados decrece al aumentar la temperatura (cada 10 °C, aproximadamente en la mitad), según sea el material utilizado habrá que observar los valores límites fijados por VDE 0530 para la temperatura del devanado (temperatura límite). Estos valores están de acuerdo con la respectiva resistencia térmica de los materiales aislantes subdivididos en clases. La duración media prevista es, aproximadamente, de 20 años.

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Cálculo de la potencia y del par motor La potencia ( kW ) o el par motor de accionamiento ( Nm ) y la velocidad del rotor (rpm), durante el servicio nominal de la máquina impulsada, tienen que conocerse con la mayor exactitud posible. La potencia se expresa de la siguiente forma: siendo: P = potencia ( kW ) M = par motor ( Nm ) n = velocidad de rotación (rpm) Tratándose de una fuerza F que describa un movimiento rectilíneo con una velocidad v, la potencia es: P = F . v siendo: P = potencia ( Nm /s) F = fuerza (N) v = velocidad (m/s)

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El par motor equivalente de una fuerza sometida a movimiento rectilíneo es: siendo: M = par motor ( Nm ) F = fuerza (N) V = velocidad (m/s) n = velocidad de rotación (rpm) Conversión de potencia en kW a potencia en CV (HP métricos), y viceversa Potencia (kW) = 0.73 potencia (CV) Potencia (CV) = 1.36 potencia (kW) Conversión de potencia en kW a potencia en HP del sistema inglés ( horse power ) Potencia (kW) = 0.746 potencia (HP) Potencia (HP) = 1.34 potencia (kW)

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Protección del motor En términos generales, los motores se pueden proteger de las siguientes maneras: a)Con un guardamotor cuya función es proteger el motor contra sobrecargas y cortocircuitos por medio de disparadores de sobreintensidad regulables que se deben graduar exactamente a la intensidad nominal del motor y disparadores de sobreintensidad electromagnéticas sin retardo, que actúan al originarse un cortocircuito. b)Mediante fusibles, contactor y relé bimetálico; de esta forma se obtiene tanto la protección de cortocircuito y sobrecarga como la de marcha en dos fases. Permite además, mando a distancia. Pares e intensidades El campo magnético giratorio generado en el estator corta las barras conductoras de corriente del rotor, produciendo en ellas un momento de giro (par motor) que origina el movimiento rotativo. La potencia y el par nominal de un motor caracterizan su capacidad de carga, a la velocidad nominal, bajo condiciones de servicio normales.

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En las ranuras del estator formado de chapa magnética va introducido el devanado primario, el cual determina fundamentalmente los datos eléctricos del motor y genera el campo magnético de velocidad sincrónica, por ejemplo, 3.600 r.p.m. en el caso de dos polos, 1.800 r.p.m. en el caso de cuatro polos, si la frecuencia de la red es de 60 Hz. Las ranuras ejecutadas en la periferia de las chapas magnéticas del rotor alojan el devanado secundario, que tiene forma de jaula y se fabrica de aluminio. La construcción de la jaula ejerce decisiva influencia sobre el comportamiento del par durante el proceso de arranque. Las secciones de las barras de las jaulas de los rotores son muy diferentes, según tamaño del motor, clase y serie de fabricación. Cada forma de la sección de la barra da como resultado una conducción diferente de corriente y, consecuentemente, otra curva del par motor.

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El par que desarrolla un motor en su eje presenta una magnitud muy variable para las velocidades comprendidas entre n=0 y n= ns . El curso característico del par respecto a la velocidad de rotación del motor trifásico con rotor de jaula queda representado en el diagrama siguiente. (Curva característica del par). Puntos característicos de la curva son el par de arranque, Ma , el par mínimo Ms y el par máximo Mk. Según las definiciones recogidas en VDE 0530. - Par de arranque es el par mínimo que desarrolla el motor partiendo del estado de reposo, estando el rotor en la posición más desfavorable, a la tensión y frecuencia nominales, una vez terminados los procesos de compensación. - Par mínimo es el par más pequeño en la gama de velocidades comprendida entre el estado de reposo y el par máximo, a la tensión y frecuencia nominales. - Par máximo es el mayor par que desarrolla un motor durante el proceso de arranque a la tensión y frecuencia nominales.

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Tratándose de motores con 2 clases de par (si esto se hubiese previsto), el inferior se utilizará, principalmente, para accionar con conexión directa. La clase de par superior se utilizará cuando la intensidad de arranque deba ser baja, recurriendo para ello a la conexión en Y D, o cuando si se conecta directamente, se pretenda conseguir un par de arranque elevado (para arranque pesado). La velocidad nominal de rotación del motor se diferencia de la velocidad de sincronismo en el deslizamiento nominal S N . siendo: SN = deslizamiento nominal (%) nS = velocidad de sincronismo (rpm) nN = velocidad nominal de rotación (rpm) El par motor nominal se calcula de la siguiente forma: MN = par motor nominal ( Nm ) nS = velocidad sincrónica (rpm) PN = potencia nominal ( kW )

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Sin embargo, lo cierto es que éste es un caso particular y la velocidad del campo depende de la forma en que está bobinado el estator lo que le da a éste un cierto número de pares de polos (P) (que en el motor analizado arriba vale P=1) en función de los cuales la velocidad, denominada velocidad sincrónica, está dada por: Resbalamiento De acuerdo a lo que hemos visto, la aplicación de un sistema de tensiones trifásicas con una frecuencia de 50 cps a un conjunto de tres bobinas idénticas desplazadas 120º, dará como resultado un campo magnético rotante cuya velocidad angular será = 3000 rpm

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Se explicó anteriormente que el rotor gira porque el campo que lo atraviesa, al girar, cambia de posición, ahora bien, si su velocidad de giro fuera idéntica a la del campo, desde el punto de vista del rotor sería como si el campo estuviera estático y desaparecería la causa que lo mantiene en movimiento, por lo tanto debe ocurrir que el rotor gire a una velocidad distinta de la del campo, tal velocidad, denominada nr es menor que ns , a la diferencia entre ambas velocidades, referida a la sincrónica se la denomina resbalamiento (S):

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Regulación de velocidad Como se ha visto, la velocidad del motor está directamente relacionada con el resbalamiento y este con la potencia que el motor debe desarrollar, al no entrar otras variables en juego se tiene como consecuencia que mientras que se mantenga constante la carga ha de mantenerse constante la velocidad. No obstante hay algunas alternativas que permiten efectuar un control, las cuales buscan disminuir la potencia en el eje con lo cual el motor, para mantener en movimiento la carga, debe aumentar su resbalamiento y, en consecuencia, disminuir su velocidad angular.

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Como se ha visto, la velocidad del motor está directamente relacionada con el resbalamiento y este con la potencia que el motor debe desarrollar, al no entrar otras variables en juego se tiene como consecuencia que mientras que se mantenga constante la carga ha de mantenerse constante la velocidad. No obstante hay algunas alternativas que permiten efectuar un control, las cuales buscan disminuir la potencia en el eje con lo cual el motor, para mantener en movimiento la carga, debe aumentar su resbalamiento y, en consecuencia, disminuir su velocidad angular.

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Una de ellas es la tensión de alimentación, como se aprecia en la figura de arriba, al disminuir la tensión cambia la característica par-velocidad del motor y cambia la posición del punto de funcionamiento estable para una determinada carga. Este método es aplicado en particular en motores de rotor jaula en los que no se dispone de otro medio para controlarlos, sin embargo los sistemas para lograr la disminución de la tensión son a menudo complicados y caros, tanto más cuanto mayor es la potencia del motor. Otra manera de disminuir la potencia en el eje es actuar sobre el rotor para lo cual es necesario disponer de un motor con rotor bobinado. En este tipo de motor, en lugar de gruesas barras cortocircuitadas por sus extremos, se han realizado tres bobinas, estas se encuentran conectadas en estrella y el extremo libre de cada una es accesible desde el exterior por medio de anillos conductores solidarios con el eje pero aislados eléctricamente del mismo, denominados anillos rozantes, tres contactos llamados escobillas permiten conectar a las bobinas un conjunto de resistencias variables (reóstatos) conectadas en estrella, variando el valor de éstas resistencias es posible modificar la resistencia total del circuito rotórico y, por lo tanto, la corriente que circula por el rotor, dado que el par en el eje depende, entre otros factores, de ésta corriente, es fácil ver cómo es posible modificar la velocidad del motor por este mecanismo.

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Métodos para el control de la velocidad: Variar el deslizamiento (  ): - Poco utilizado. - El par máximo disminuye y el motor se desaprovecha. -   P rotor  y rendimiento  - Pequeñas potencias (bombas, ventiladores, etc.). - El control se realiza regulando la corriente. 2. Variar ω (actuando sobre f): f  ω SIN  ω ROT  -  pequeño. - Rendimiento grande. - Para mantener el flujo y el par máximo constantes hay que variar la tensión de alimentación proporcionalmente a la frecuencia. - El control se realiza: mediante dos etapas: rectificador + inversor mediante cicloconvertidor (solo para f< f RED ). VARIACIÓN DE VELOCIDAD

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VARIACIÓN DE VELOCIDAD: Control mediante variación de frecuencia Ventajas del control con ciclo convertidor: - La potencia solo se maneja una vez, por lo que el rendimiento es mayor. - No requiere bloqueo forzado como el inversor. La etapa de potencia es más compacta. - Puede alimentar cargas con cualquier factor de potencia. - Permite rápidas aceleraciones y frenados (difícil con el inversor). Inconvenientes: - Frecuencia de salida inferior a la de la entrada. (Limitación muy importante). - Gran número de tiristores. - Circuito de mando complejo y caro. - Supone para la red de CA una carga con un bajo factor de potencia

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ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS CON REDES MONOFÁSICAS 1.- INTRODUCCIÓN En primer lugar, hay que señalar que para que un motor trifásico se pueda accionar mediante redes monofásicas es imprescindible que dicho motor tenga acceso completo a sus devanados de estator (es decir, caja de bornes con seis conexiones del estator). El método que se va a desarrollar es válido tanto para motores con rotor en jaula de ardilla como para motores con rotor devanado. La técnica a emplear se basa en el mismo razonamiento que se emplea para los motores asíncronos monofásicos de arranque por condensador, en realidad, lo que se hace es construir un motor monofásico de arranque por condensador a partir del motor asíncrono trifásico que se desea accionar, según se muestra en la figura adjunta.

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El motor trifásico en estas condiciones arranca por sí sólo, con las mismas características que un motor monofásico de arranque por condensador. Si se utiliza el condensador adecuado, que es aquel que hace que el ángulo entre las dos corrientes del estator sea máximo y que es aquel cuya reactancia tiene un valor de: X C = Z Donde Z es la impedancia del motor, se puede conseguir que la potencia del motor en su funcionamiento como monofásico pueda llegar a ser del 80 al 90% de su valor nominal como trifásico. Para una red de 220V, se necesitan unos 70μF por KW de potencia útil del motor (norma UNE48501). El condensador debe de preverse para una tensión de alrededor de 1.25 veces la tensión de la red, debido a los efectos de sobretensiones a que suele estar sometido como consecuencia de los fenómenos de resonancia. Para conseguir un cambio de giro basta con intercambiar el condensador con los otros devanados del motor trifásico. Sin embargo, una configuración que da mejores resultados (véase la referencia anteriormente indicada) es la que se muestra en la figura adjunta:

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Arranque estrella – triángulo El momento del arranque tiene una importancia especial en el funcionamiento del motor: en este momento el rotor se encuentra detenido y le tomará algún tiempo para vencer la inercia y alcanzar su velocidad de funcionamiento normal, por lo tanto el resbalamiento es muy alto (de hecho, en el momento inicial es del 100%) lo que significa que la corriente debe ser mayor que la requerida durante la marcha a velocidad nominal. Como hemos visto, en un motor típico la corriente de arranque es varias veces mayor que la nominal, si bien esto no es perjudicial para el motor que se encuentra preparado para soportar tales intensidades durante el tiempo que dura el arranque (si por cualquier causa el rotor se bloquea y no se pone en movimiento, la corriente mantiene su alto valor y los bobinados del motor se queman), las altas intensidades puestas en juego pueden perjudicar el normal funcionamiento de la instalación eléctrica de la cual el motor forma parte, y al propio motor cuando se trata de máquinas de mucha potencia y el tiempo de arranque resulta excesivo, en consecuencia se usan distintos métodos para lograr que la corriente de arranque disminuya.

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Características de la conexión Y - Es necesario disponer de un motor con los 6 bornes (2 por bobina) El motor arranca en estrella La tensión de los bobinados se reduce en al 57% El par se reduce al 33% La corriente de arranque se reduce a 2 veces In Al alcanzar la máxima velocidad, el motor se desconecta momentáneamente y a continuación se conecta en triángulo para alcanzar la velocidad de régimen Durante la desconexión de puede producir una pequeña pérdida de par y un pico de corriente Es el arranque más utilizado por su sencillez, precio y prestaciones.

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De todos los métodos utilizados estudiaremos únicamente el arranque estrella-triángulo por ser uno de los más conocidos y de más simple implementación. Este tipo de arranque está limitado a motores que fueron diseñados para funcionar con sus bobinados conectados en triángulo y está basado en que las tensiones de fase son "tres raíz cuadrada" veces menores que las tensiones de línea.

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Al modificar la tensión aplicada a los devanados también se modifican las características par-velocidad e intensidad-velocidad, las figuras de la siguiente diapositiva muestran lo que ocurre con ambas cuando las tensiones son la de fase y la de línea. Por lo tanto, aprovechando que es posible el acceso a los extremos de las bobinas, durante el arranque se conectan entre fase y neutro y, una vez que se ha alcanzado suficiente velocidad se las conecta entre fases, al estar conectadas en estrella las bobinas están sometidas a menor tensión y por lo tanto es menor la corriente que circula por ellas. Este sistema, ilustrado en las figuras de más arriba de denomina arranque estrella-triángulo y, habitualmente, se efectúa con sistemas automáticos especialmente diseñados.

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Arranque estrella-triángulo Circuito de potencia

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Arranque estrella-triángulo Circuito de mando

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FIN