Arranque de Motores Asincrónicos Trifásicos

UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
Facultad Regional Río Grande
ELECTROTECNIA y MAQUINAS ELECTRICAS
** ARRANQUE de MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS **
Prof. Ing. Omar V. DUARTE
Edición Octubre 2011
Ing. Omar V. Duarte
Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Río Grande
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Electrotecnia y Máquinas Eléctricas
ARRANQUE de MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS
Generalidades
El motor asincrónico trifásico, debido a su característica de funcionamiento, puede
tomar de las líneas de alimentación durante el arranque, una corriente entre seis y ocho veces el
valor de la corriente nominal.
Es por ello, que debe tenerse especial consideración sobre los elementos de maniobra y
protección que van a controlar el arranque y la marcha del motor, según sea la aplicación del
mismo.
Arranque directo con interruptores y guardamotores
La puesta en marcha de motores asincrónicos trifásicos de baja potencia (hasta 15KW
aproximadamente), puede llevarse a cabo a través de llaves interruptoras ó guardamotores.
Interruptor tripolar Schneider Electric
Serie Vario
Un interruptor tripolar sencillo, permite fácil y
económicamente, la puesta en marcha y la parada de un motor
trifásico. Además, deben adosarse al circuito las protecciones
(fusibles, relés térmicos, etc) convenientes.
Guardamotor Schneider Electric
TeSys GV2
Un guardamotor es un dispositivo
integrado que permite el arranque, la parada y la
protección térmica del motor.
La descripción del funcionamiento de un
guardamotor excede el nivel de éste curso.
Cuando la potencia del motor a controlar es importante (más de 15KW) ó cuando por
razones operativas, el control del motor debe realizarse desde una cierta distancia, la puesta en
marcha y la parada del mismo se realiza a través de un mecanismo de automatización que
consta de dos elementos claves: el pulsador y el contactor.
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Electrotecnia y Máquinas Eléctricas
Pulsador
El pulsador es un elemento de mando, que habilita o interrumpe la circulación de
corriente por un circuito, ejerciendo una presión mecánica sobre un botón retráctil. El pulsador
puede ser NA (normal abierto) o NC (normal cerrado). La condición de “normal” hace
referencia a la prestación eléctrica (conducción/apertura) del pulsador cuando éste no está
presionado mecánicamente.
Existen pulsadores que solo son NA, o solo NC o bien una combinación de ambas
funciones en un mismo botón.
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Pulsadores Comerciales Siemens
Contactor
Según la norma IEC 947-4, se define el contactor como:
“Un aparato que tiene una sola posición de reposo, de mando no manual, capaz de
establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito,
comprendidas en ellas las de sobrecarga en servicio”.
El contactor, por definición, no está
diseñado para interrumpir corrientes de
cortocircuito.
El contactor normalmente consta de
una bobina alimentada con CC (12V, 24V,
48V, etc.) o bien CA (110V, 220V). Esta
bobina cuando es energizada, atrae un
vástago solidario con unos contactos
móviles que son presionados sobre los
contactos fijos, estableciendo la continuidad
del circuito eléctrico y permitiendo la
circulación de corriente.
Los contactos se dividen en
principales, a través de los cuales circulará
la corriente que alimentará al motor, y
contactos auxiliares, que son más pequeños y permiten la circulación de corrientes de control
para reaizar automatizaciones del circuito.
Los contactos principales de un contactor son NA, y los contactos auxiliares pueden ser
NA o NC, según el modelo.
Si bien a través de un pulsador puede energizarse la bobina y activar el contactor, al
soltar el pulsador, el resorte lo llevará nuevamente a su posición de reposo, desenergizando el
circuito. Es posible superar éste inconveniente, utilizando el contacto auxiliar NA para efectuar
el enclavamiento (retención), como puede verse en la siguiente animación.
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Electrotecnia y Máquinas Eléctricas
En el esquema anterior, una vez que el circuito es energizado, logramos autoretener los
contactos principales a través del enclavamiento realizado con el contacto auxiliar NA. Sin
embargo, con ésta configuración, para desenergizar el circuito necesitaríamos desconectar la
fuente de 24V. Esto puede solucionarse fácilmente colocando un pulsador NC en serie con el
circuito de mando, como se muestra en la siguiente animación.
Una vez detallados los usos elementales del contactor y del pulsador, podemos
aplicarlos al arranque de los motores asincrónicos trifásicos.
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Arranque directo con contactores – Esquema de Potencia y de Mando
Como hemos mencionado, cuando la potencia de los motores a controlar es importante
(>15KW) el arranque suele realizarse a través de contactores.
Los elementos a considerar para realizar un arranque directo son:
•
Tiempo de duración del arranque
Si la carga a accionar (bomba, cinta transportadora, molino, etc.), presenta una
inercia considerable (por su peso o por su distribución de masas), la cupla acelerante
(diferencia entre la cupla del motor y la cupla resistente de la máquina accionada) será pequeña,
y, para llevar al sistema (motor + carga) a su velocidad de régimen, transcurrirá un tiempo
excesivo, manteniéndose corrientes altas durante el período que dure el arranque.
•
Caídas de tensión en las líneas de alimentación
Las fuertes corrientes de arranque de un motor asincrónico trifásico (de 6 a 8
veces su corriente nominal), provocarán en las líneas de alimentación, caídas de tensión que,
según las normativas vigentes de la Asociación Electrotécnica Argentina, no pueden superar el
15% de la tensión nominal del sistema mientras dure el arranque.
Suponiendo que el sistema a poner en marcha, es tal que permite cumplir con las dos
condiciones anteriores, entonces es posible realizar el arranque directo. El mismo contiene un
Esquema de Potencia, que consta de los cables alimentadores del motor, los contactos
principales del contactor KM1 y el propio motor. (Por simplicidad, no han sido dibujadas las
protecciones, como fusibles y relés térmicos que suelen formar parte de éste sistema).
El Esquema de Mando contiene los pulsadores de marcha S1 (NA) y parada S2 (NC),
un contacto auxiliar del contactor KM1 (NA), y la bobina del contactor KM1.
Presionando el pulsador de marcha S1, la bobina del contactor KM1 queda bajo tensión,
cerrando los contactos principales del contactor y el contacto auxiliar NA, que se utilizará con
el propósito de autoretener la alimentación de la bobina cuando se suelte el pulsador de marcha.
Bajo éstas circunstancias, el motor recibe la alimentación de las líneas de potencia R, S y T, y
arranca directamente. Si se desea detener el motor, se debe presionar el pulsador de parada S2,
interrumpiendo la alimentación de la bobina del contactor, y haciéndolo volver a su posición de
reposo con sus contactos principales y el contacto auxiliar abiertos.
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Arranque estrella-triángulo con contactores – Esquema de Potencia y de Mando
En motores de grandes potencias, o bien, en sistemas motor-máquina accionada, donde
la corriente de arranque directa en triángulo representaría fuertes e inadmisibles caídas de
tensión en las líneas de alimentación, se utiliza el método de arranque estrella-triángulo.
Consiste en iniciar el arranque del motor con sus bobinados conectados en estrella,
siendo la tensión de alimentación sobre cada bobina la tensión de fase del sistema, y luego de
un tiempo calculado en el cual el motor aceleró suficientemente a la carga, se conmutan los
bobinados a triángulo, aplicándoles la tensión plena de línea hasta alcanzar la velocidad de
régimen. Con éste método se mantienen las corrientes de arranque dentro de valores
admisibles que impiden fuertes caídas de tensión en las líneas.
Para controlar automáticamente el tiempo en que se realizará la conmutación de la
conexión de los bobinados del motor de estrella a triángulo, se utiliza un componente adicional:
el temporizador.
Es un componente cuya misión en cualquier circuito es actuar (conmutar sus contactos)
luego de un determinado lapso de tiempo de haber sido energizado.
Específicamente en el arranque estrella-triángulo, el temporizador se energiza en el
mismo instante en que el motor se conecta y arranca en estrella. A partir de ese momento, un
circuito electrónico ó electromecánico interno en el temporizador, comienza a “contar” una
serie de segundos estipulado previamente a través de un potenciómetro selector (los tiempos
“programables” pueden ir de 1 a 100seg). Transcurrido el tiempo prefijado, el temporizador
cambia de estado abriendo su contacto NC y cerrando el NA, lo que permite, a través del
esquema de mando, conmutar los bobinados del motor a la conexión triángulo.
La siguiente animación muestra el funcionamiento elemental del temporizador.
Aclaración: el contacto auxiliar KM1, pertenece al contactor principal (no dibujado en la
animación) que permite la autoretención del pulsador de marcha.
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La siguiente animación muestra la secuencia de automatización que permite realizar el
arranque estrella-triángulo de un motor.
Al presionar el pulsador de marcha
1)
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Se energiza la bobina del contactor KM1.
Se autoretiene el pulsador S1 a través del contacto auxiliar del contactor KM1.
Se energiza el temporizador KA1, que inicia su conteo regresivo
Se energiza el contactor KM2, conectando los bobinados del motor en estrella. Un
contacto auxiliar NC de KM2 se abre para asegurar que no se conecte el contactor
KM3, generando un cortocircuito (enclavamiento eléctrico).
El motor (conectado en estrella) acelera arrastrando la carga, hasta que el
temporizador finaliza su cuenta regresiva.
Luego de 7 segundos (tiempo programado para ésta animación), el temporizador
conmuta sus contactos auxiliares KA1 (NC y NA), desenergizando al contactor KM2
y energizando el contactor KM3, con lo cual los bobinados del motor quedan
conectados en triángulo, llevando al sistema a la velocidad de régimen.
El enclavamiento eléctrico entre los contactos auxiliares de KM2 y KM3 asegura la
desenergización del contactor KM2. (También puede existir un enclavamiento
mecánico entre éstos contactores, para mayor seguridad)
Finalmente, si se desea detener el motor, debe presionarse el pulsador de parada S2,
desenergizando las bobinas de KM1, KA1, y KM3.
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