Aula de ardilla clase a Motores de induccion de jaula de ardilla clase c






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Arranque a voltaje reducido con autotransformador

Se pueden poner en marcha los motores trifásicos comerciales de inducción de jaula de ardilla a voltaje reducido empleando un autotransformador trifásico único o compensador, o bien con tres autotransformadores monofásicos, como se muestra en la figura:

Las salidas del transformador varían del 50 al 80% del voltaje nominal. Si el motor no puede acelerar la carga a voltaje mínimo, se puede probar con salidas de mayor voltaje hasta que se obtenga el par adecuado y deseado de arranque; el interruptor de tres polos doble tiro se lleva a la posición de arranque y se deja ahí hasta que el motor ha acelerado la carga casi hasta la velocidad nominal. A continuación se pasa rápidamente a la posición de marcha, en la cual queda conectado el motor en la línea directamente.

El arrancador compensador solo se utiliza durante el periodo de arranque y su capacidad de corriente se basa en ese trabajo intermitente, y por lo tanto es algo menor que la de un transformador de capacidad equivalente que podría emplearse para suministrar un motor de inducción en forma continua desde una fuente de mayor voltaje.

El auto transformador funciona de dos maneras:

  1. Para reducir la corriente de arranque del motor mediante una reducción de voltaje.

  2. Reduciendo la corriente de arranque mediante la relación de vuelta del transformador bajo la cual la corriente de línea es menor que la del secundario del motor. Dado que la relación de vueltas representa también la relación de voltaje, por lo tanto se reduce la corriente de arranque de la línea, por consiguiente en proporción al cuadrado de la relación de vueltas.

Ya que el interruptor se usa solo en forma intermitente, se tiene un ahorro (eliminación de un transformador) si se usan dos transformadores en delta abierta. Este arreglo produce un ligero desbalanceo de corriente en la toma central (L2) de un 10 a 15% de la corriente de arranque, pero este desbalanceo no es excesivo y no afecta materialmente al funcionamiento del motor.

Arranque a voltaje reducido con resistor o reactor primarios.

Si se introduce un resistor en serie con cada una de las conexciones del estator o primarias de la línea, la gran corriente de arranque produce una reducción inmediata de voltaje aplicado a las terminales del estator, pro la corriente de línea se reduce solo en proporción a la reducción del voltaje de línea.el siguiente esquema muestra un circuito con ese fin. Enseguida se muestra la curva desplazamiento - par del motor a plena carga. Empleando una resistencia o reactancia en el primario la reducción en el voltaje estator aumenta debido a la reducción en el voltaje del estator al momento de arrancar se produce la reducción en el par de arranque que se indica. Si este voltaje y la corriente en el primario fueran constantes, la curva del par motor seguiría la línea de puntos que aparece en la figura. sin embargo a medida que acelera el motor, el voltaje a través del estator aumenta debido a la reducción en la corriente de línea y el par aumenta de acuerdo con el cuadrado el aumento del voltaje.

El arranque a voltaje reducido mediante una resistencia en serie con el estator mejora el factor de potencia al arranque, pero se producen pérdidas algo mayores; y el par máximo no es tan grande para la misma impedancia en serie con un factor equivalente.

Arranque en estrella - delta

La mayor parte de los motores polifásicos se devanan con sus estatores conectados en delta. Existen fabricantes que ofrecen motores de inducción con el principio y el final de cada debanado de fase en forma saliente, con fines de conexión externa. En el caso de motores trifásicos se pueden conectar a la línea ya se a en estrella o en delta cuando se conectan en estrella, el voltaje que se imprime al devanado es 1/ Ö 3, ( 57.8%) del voltaje de línea.

Por tanto mediante la conmutación como la que se muestra en la figura:

Es posible arrancar un motor con poco más de la mitad de su voltaje nominal y a continuación hacerlo trabajar en delta, con el voltaje nominal de línea y fase aplicados. como el par varia de acuerdo con el cuadrado del voltaje impreso al estator la reducción del voltaje cuando se conecta en estrella producirá aproximadamente la tercera parte del par de arranque a pleno voltaje.

La conmutación de estrella a delta se debe hacer tan rápidamente como sea posible para eliminar grandes corrientes transitorias debidas a la pérdida momentánea de potencia. Por este motivo, se emplean interruptores de tres polos doble tiro con tensión de resorte y acción instantánea, en lugar de interruptores de cuchillas.

Arranque con parte del devanado

Frecuentemente se diseñan los motores polifásicos comerciales de inducción de jaula de ardilla con devanados parciales, es decir, dos devanados de fase idénticos, cada uno de los cuales produce el mismo número de polos y el mismo campo magnético giratorio. la ventaja de esos devanados es que se pueden conectar en serie para sistemas de alto voltaje o en paralelo con sistemas de menor voltaje en la siguiente figura, la corriente de arranque que resulta es un 65% de la normal de arranque, con los devanados en paralelo, y el par de arranque es aproximadamente el 45 % del par normal de arranque. Por lo tanto, el motor se pone en marcha con la mitad de sus devanados y conectando en estrella; cuando el motor llega a determinada velocidad, el segundo devanado se conecta en paralelo.

Debido a que se tiene una baja pronunciada en la curva de par - deslizamiento durante el arranque con devanado parcial se haga cuando el motor de arranque bajo condiciones de carga ligera o sin carga, como el en caso de ventiladores, sopladores o taladros de banco.

Arranque del motor de inducción de rotor devanado.

El par de arranque de estos motores se puede ajustar mediante una resistencia externa al rotor para dar pares de arranque que puedan llegar hasta el par máximo del motor. Como limita la corriente en el circuito del rotor y como da un mayor factor de potencia y par en el instante de arrancar, se reduce considerablemente la corriente de línea del estator.

Característica par motor - velocidad de cargas mecánicas.

Para un sistema dotado de movimiento de rotación P = C * w

Donde :

P es la potencia desarrollada

C es el par del motor desarrollado

w es la velocidad angular del movimiento ( en el sistema MKSI, P en W, C en N*m y w en rad/seg.)

matemáticamente existen varias combinaciones de C y w de modo que den el mismo valor de P; físicamente sin embargo, una carga mecánica específica asocia a un único par (C, w ) a la carga de la potencia P. La curva en C, en función de w muestra tal dependencia, y es una característica fundamental para el proceso de selección del motor adecuado al accionamiento, con vistas a un funcionamiento estable, económico y satisfactorio.

En función de sus características par - velocidad, se pueden dividir las cargas mecánicas en seis grandes grupos:

  1. Par constante, prácticamente independiente de la rotación, ejemplos grúas, cabrestantes, guindastes, transportadores de correas bajo cargas constantes.

  2. Par que varía linealmente con la rotación. Ejemplos molinos de rodillos, bombas de pistón, cepillos y sierras para madera.

  3. Par que varía con el cuadrado de la velocidad de rotación ( variación parabólica) ventiladores, mezcladoras, centrifugadoras, bombas centrífugas, bombas de vacío, compresores.

  4. Par que varía inversamente con la rotación, resultando potencia constante. Ejemplos máquinas - herramientas.

  5. Par que varía de forma no uniforme con la rotación, no siendo suficientemente exactas las aproximaciones por funciones matemáticas. Ejemplo: horno rotativo de altas prestaciones

  6. Cargas que no solicitan pares (volantes). El propósito del volante es liberar la mayor parte de la energía cinética en él almacenada para los picos de demanda de energía por parte de la máquina accionada. El motor accionado debe por tanto dejar de actuar, esto es dejar de transferir, energía en condiciones de altos pares, pero teniendo la misión de restaurar al volante su velocidad original, lo cual se lleva a cabo entre los picos de carga. Las prensas de perforación no de estampado profundo, no hidráulicas constituyen ejemplos de cargas que utilizan volantes según este principio.

Los casos presentados constituyen aproximaciones a los casos reales.

Característica par - velocidad de motores eléctricos.

Es la curva que muestra la dependencia entre el par desarrollado por un motor eléctrico y su velocidad angular; en general, el comportamiento de esta curva característica de los motores es distinto del de las cargas, pues los motores eléctricos tienden a presentar un decrecimiento del par motor para velocidades crecientes.

R = n0 - n / n

Donde n0 = W0 / 2p , es la rotación del motor eléctrico en vacío.

N = W / 2p , es la velocidad del motor accionando la carga.

La regulación de velocidad es un parámetro para la caracterización de los diferentes tipos de motores, en función de los valores aumidos (por regulación de velocidad) para cada velocidad.los motores asíncronos son motores cuyo par disminuye en la medida en que la velocidad aumenta, a partir de una cierta velocidad.

En la siguiente figura observamos la curva par -velocidad para motores de inducción de rotor en jaula.

Aceleración de la carga

La ecuación que rige la aceleración de una inercia J bajo la acción de un par C es:

C = J d w / dt La determinación del tiempo t para que una inercia J sea acelerada desde la velocidad w 1 hasta la velocidad w 2, bajo la acción de un par C puede ser hecha por:

Admitiéndose que C es constante en el intervalo (0 ® t) o lo que es equivalente en el intervalo: (w 1 ® w 2).

En le sistema MKS:

J en kg * m2 t en s

C en N * m w en rad/s

Donde C es el par de aceleración numéricamente, el par del motor menos todos los pares resistenes, es decir todos los de fricción del motor y el de la máquina accionada y el generado por el funcionamiento de la propia máquina accionada y J es la suma de todas las inercias involucradas, es decir del rotor del motor, de la máquina accionada y del (de los ) acoplamiento(s)

Métodos de refrigeración

La clasificación simplificada prescribe que el método de refrigeración será codificado por las letras IC seguida de dos guarismos. El primero para identificar a la posición del circuito de refrigeración y el segundo el modo de suministro de energía para circulación del medio refrigerante.

La clasificación simplificada está relacionada con la utilización del aire como fluido refrigerante. En la clasificación completa, las letras IC van seguidas de otra letra que indica el medio refrigerante (A: aire, N : nitrógeno, C: dióxido de carbono, W: agua y U: aceite) seguridad de dos guarismos.

La utilización de motores en ambientes limpios. Exentos de polvo, humedad aire, aceite, etc, lleva a la selección de motores abiertos, con grado de protección IP 13, IP 23, etc., permitiendo IC==, IC01, etc.,

En el caso de motores destinados a áreas clasificadas del tipo con ventilación canalizada o presurizados se debe a la necesidad de alimentar la refrigeración del motor con aire exento de contaminación con sustancias inflamables.

Solo en el caso de motores de altas prestaciones es económicamente viable la utilización de intercambiadores de calor incorporados ; sean del tipo aire- aire o aire agua .

La utilización de intercambiadores de calor aire - aire incorporados debe tener en cuenta las condiciones ambientales; la presencia excesiva de polvo, principalmente si además existe humedad, puede ocacionar la obstrucción de los tubos y la necesidad de hacer operacionesde limpieza con frecuencia.

La utilización de intercambiadores de calor aire agua exige la utilización de agua con control de contenido de sólidos acidez y temperatura de entrada a intervalos regulares para evitar incrustaciones corrosión que además de disminuir la eficiencia del intercambio de calor en la superficie de los tubos, puede también producir la penetración del agua hasta las partes activadas del motor en el caso de perforación de los tubos.

Analogía con los transformadores

El análisisde los transformadores para el estudio de la condición de su máximo rendimiento es extremadamente útil para la comprensión de una condición semejante para motores . en estos últimos las pérdidas intrínsecas son las que hay en el cobre y en el hierro, siendo las pérdidas por rozamiento y ventilación normalmente de un orden mucho menor. Es obvio que en los transformadores, las pérdidas mecánicas no existen. De esta forma si analizamos el comportamiento de un transformador, estaremos procediendo a un análisis simplificado, pero consistente de las pérdidas intrínsecas en un motor.

En la ecuación válida para transformador Ptotales = P cobre + P hierro se debe recordar que mientras la primera parte depende de la corriente y, por tanto de la potencia , la segunda depende la la densidad de flujo y, por tanto de la tensión. Al hacer una extensión a un motor conectado a línea, girando en vacío, se puede suponer que este poseerá casi la totalidad de sus pérdidas en el hierro, pues la única corriente que circulará en los arrollamientos será la corriente de magnetización; naturalmente las pérdidas de rozamiento y ventilación, en el caso del motor estarán también presentes. El factor de potencia en esta condición será muy bajo. A medida que se aumente la carga solicitada al motor, crecerán las pérdidas en el cobre; sin embargo la tasa de crecimiento de las pérdidas totales será inferior a la tasa de crecimiento de la potencia mecánica transmitida a la carga o sea, habrá un aumento de rendimiento que llegará a un máximo y después decrecerá, a medida que las pérdidas en el cobre se vayan haciendo más elevadas que en el hierro.

Retomando el análisis del transformador, y considerando, para la determinación que sigue, que el transformador opera a su fracción "x" de su potencia nominal, las pérdidas totales serán:

Ptotales = PFe 2 + X * PCu

Lo que es consecuencia de las consideraciones hechas con respecto a los parámetros que afectan cada una de las partes componentes de las pérdidas totales. Siendo Pnom. La potencia nominal, el rendimiento de una fracción de la carga será:

h x = xP / xP + PFe + X * PCu

si se desea saber cual debe ser la distribución entre las pérdidas en el cobre y en el hierro para que un transformador, funcionando a x % de su potencia nominal, presente el máximo rendimiento, se hace:

dh x / dx = 0

por consiguiente

P(Px + PFe + X2 * PCu) - Px * ( P + 2 * x * P Cu) = 0

De donde

PFe= X2 * PCu

Se pueden sacar algunas conclusiones relevantes de este resultado y de las consideraciones hechas anteriormente.

La condición de máximo rendimiento de un transformador se da cuando las pérdidas en el hierro son iguales a las pérdidas en el cobre; si esto se comprueba en la potencia nominal, el transformador presentará una curva de rendimiento ascendente a medida que la potencia que se le solicita se aproxime a la nominal.

En el caso de motores se ve aproximadamente el mismo comportamiento si las pérdidas mecánicas son pequeñas

Para los motores proyectados con una determinada potencia nominal en el régimen continuo y seleccionados para regímenes intermitentes, o continuos con carga intermitente, de acuerdo con los criterios descritos, se espera un rendimiento y un factor de potencia vistos por la red de alimentación inferiores a los nominales del motor así seleccionado. Naturalmente es posible , si se informa al fabricante de los parámetros que caracterizan el accionamiento, proyectar un motor que atienda a la condición de máximo rendimiento en régimen intermitente o continuo con carga intermitente.

Al superdimensionar la potencia de un motor para un determinado accionamiento, se debe tener en cuenta que esto implica el detrimento del rendimiento y del factor de potencia, ya que los motores suelen proyectarse para alcanzar los máximos valores de h y cos f con la carga nominal.

El uso de un transformador como modelo para analizar el comportamiento de un motor es una simplificación que afecta la calidad de los valores obtenidos. La pérdida de precisión se compensa en gran parte por la simplicidad y los conceptos básicos no solo se preservan si no que también se acentúan.
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