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CAPITULO II ARRANACADORES AUTOMATICOS, ACELERACIÓN, INVERSIÓN DE GIRO Y FRENADO DE MOTORES DE C.C.

2. ARRANCADORES AUTOMÁTICOS, ACELERACIÓN, INVERSIÓN DE GIRO Y FRENADO DE MOTORES C.C. 2.1. Arrancadores para aceleración automática. 2.2. Aparatos de arranque de aceleración con limitación de corriente. 2.3. Arranque con relés tipo FCEM. 2.4. Aparatos de arranque con aceleración de tiempo fijo. 2.5. Arranque con relés de tiempo electrónico. 2.6. Inversión de giro. 2.7. Frenado: Dinámico y contracorriente.

2.1. Arrancadores para aceleración automática. Existen tres tipos generales de motor de c.c •Motor Shunt (o derivación o en paralelo) Excitación Mediante un bobinado de campo conectado en Paralelo con el inducido •Motor Serie (o en serie) Excitación Mediante un bobinado de campo conectado en Serie con el inducido •Motor Compound (o mixto) Excitación Mediante acción combinada de dos bobinados de campo conectado en Serie y otro en paralelo con el inducido

Su diferencia se encuentra en la forma en que es excitada la máquina

Principios de la aceleración en el Motor de c.c Por la Ley de Ohm, la intensidad de la corriente de inducido Ia es directamente proporcional a la diferencia entre la tensión aplicada al inducido VA y la fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m) EC, e inversamente proporcional a la resistencia del circuito del inducido RA, donde se determina Ia como: Ia=( VA - EC)/ RA La f.c.e.m que es una tensión generada depende del ritmo a que se ve cortado el flujo , es decir el producto del flujo Ø por la velocidad S, con lo que se construye la ecuación fundamental: Ia=( VA - k ØS)/ RA ; k = Constante de proporcionalidad En el momento en que el motor arranca la f.c.e.m es EC= 0, ya que el inducido no esta girando donde implica la necesidad de intercalar alguna resistencia exterior en serie con la reducida resistencia del bobinado del inducido.

If= Vt /( Rf + Rdp) Ea α Ø ; Ea =k Ø wn ; t= 0

Ea α wn

wn= 0

Ea = 0

Vt = Ea + IaΣ Ra Para t=o Ia=( VA – 0)/ Σ Ra

; donde Σ

Ra

es menor a 1Ω por resistencia

Internas propios de la maquina

Idc = (10 - 20)In ;Para corriente continua Iac = (4 - 7)In ; para motor de inducción

•Iarrdc es mayor que Iac por que no se presenta reactancia en C.C, por lo tanto la impedancia es menor y la corriente aumenta. •El talón de Aquiles en un motor DC es el paso de la corriente de una parte fija a una parte móvil que es el rotor porque este se encuentra en movimiento, la Iarr es muy excesiva, la cual produce problemas eléctricos; el Ø es muy alto lo que produce un calentamiento en los bobinados, la corriente pasa por los carbones hacia los conmutadores, se da el desgaste en las escobillas (Chispa eléctrica). •En problemas mecánicos, aceleraciones bruscas, arranques o frenados bruscos. •Además si va a existir una excesiva corriente de alimentación va a existir perdidas de caída de tensión lo cual producirá a las cargas adyacentes de un motor o sistema eléctrico. •Si la corriente es mayor existirá un Torque mayor, donde la corriente atravesaría las partes fijas hacia las móviles con lo que estará sometiéndose a esfuerzos mecánicos(No es un sistema aislado), donde: ζe α Ø ^ ζe α Ia ζe↑ =↑ ka Ø Ia ζarr e – ζL = J (∂w/dt); J= inercia ^ w = velocidad angular ζarr e = ka Ø Iarr ζarr e>> ζL ζarr e - ζL >> o

•Para motor de corriente continua c.c. con tensión nominal La corriente de arranque en D.C hace que sufra el motor. •Para motor de corriente alterna c.a. con tensión nominal La corriente de arranque en A.C hace que no sufra el motor. Para recordar esto lo mostraremos de la siguiente manera:

D.C (Llora)

A.C (Rie)

2.2 Aparatos de arranque de aceleración con limitación de corriente. Para limitar la corriente de arranque del Motor D.C se lo hace por dos métodos: •MÉTODO DE ARRANQUE POR ELEMINACIÓN DE RESISTENCIAS. •MÉTODO ELECTRÓNICO POR TIRISTORES Y COMPONENTES ELECTRONICOS.

Raceleración = Σ Ra + Σ Rarrq Iarr= Vt / Σ Racel ζarr|TR = ka Ø Iarr |TR ζacel =ζ|TR - ζL

α↑

;

Ra = resistencia de escobillas, devanado, interpolo, etc…

;

TR = Tensión reducida

W↑

Ia ↑

Iarr ↓

•En el osciloscopio vemos la corriente como un pico que sube muy rápido porque la corriente sube con una constante de tiempo eléctrica que está en el orden de los milisegundos. •Mientras que la bajada de la corriente es mas lenta porque depende del incremento de la velocidad que es un parámetro mecánico, por lo tanto la corriente desciende con una constante de tiempo mecánica que es en el orden de los segundos.

GRAFICOS DE ARRANQUE

RETIRO DE RESISTENCIA DE ARRANQUE Comencemos quitando un paso de resistencia cuidando que el pico de corriente no sobrepase el pico de arranque puede ser igual o menor y con ello también afecta en el cambio de la velocidad y Ea , con lo que continuamos quitando los pasos de resistencia hasta llegar a la In.

RETIRO DE RESISTENCIA DE ARRANQUE Comencemos quitando un paso de resistencia cuidando que el pico de corriente no sobrepase el pico de arranque puede ser igual o menor y con ello también afecta en el cambio de la velocidad y Ea , con lo que continuamos quitando los pasos de resistencia hasta llegar a la In.

Ia

ΣR If

RDP Ea

RF

Vt = 250 v Iarr = 41 A

Ra

Ra = 0,5Ω

Racel = ?

Iarrq máx = 3 In

^

Iarrq mín = 2 In

Como la condición es:

2 In ≤ Iarrq ≤ 3 In 81 A ≤ Iarrq ≤ 123 A

•Como el Torque acelerado es igual a la diferencia entre el Torque de carga y Torque de arranque , como el motor tiene una inercia y una caga entonces esa diferencia me da una aceleración que depende de la carga.

•La aceleración sería mayor y como la velocidad (W) es proporcional, esta aumenta y viceversa con la carga; esta me define el valor de la fuerza contraelectromotriz Ea↑ =↑ ka Ø Wn ;

; Resistencia que

Ia Disminuye en un ∆t

debo quitar en el primer pico

138,89 v Comprobamos si aún no sobrepasa el pico ; Sobrepasa los 123 A Calculamos la nueva resistencia acelerante y se saca un paso más de resistencia

175,95 v Comprobamos si aún no sobrepasa el pico ; Sobrepasa los 123 A

Calculamos la nueva resistencia acelerante y se saca un paso más de resistencia

200,9v

Comprobamos si aún no sobrepasa el pico

; Es < 123A

•Como encontramos que la Iarrq = 98,72 y que cumple con las condiciones de 2 In ≤ Iarrq ≤ 3 In La última resistencia que quitamos es:

•El tiempo de actuación de los relés depende de la carga ya que según si se tiene menos carga va a tener mayor velocidad y A MAYOR f.c.e.m MAYOR rapidez llega ese voltaje para que el relé cense mas rápido y elimine los pasos de resistencias. •Para el uso de relés temporizadores ya no depende de los valores de Iarrq y Ea , sino usan tiempos de (Tc) en sus contactos de ON DELAY y ese tiempo de cierre se lo calibra usando pruebas en le Motor.

2.2 Aparatos de arranque de aceleración con limitación de Corriente Hay tres tipos de arrancadores automáticos que operan acelerando el motor sobre la base de modificar la intensidad de corriente: •El Motor de relé serie •El Tipo fuerza contraelectromotriz •El Tipo de Bloqueo

Aparato de arranque con relés en serie Consta del cuadro de pulsadores ARRANQUE-PARO, el circuito de mando consta de tres relés aceleradores: 1AR, 2AR, 3AR; Cuatro contactores: M, 1A, 2A, 3A y tres resistencia R1, R2, R3. El funcionamiento correcto de este tipo de arrancador de aceleración con limitación de intensidad depende: •De las variaciones de intensidad •Del funcionamiento de los relés de aceleración

El Motor de relé serie

Apenas hay corriente se excita la bobina, cuando la corriente baja el relé 1AR se desconecta y cierra sus contacto (NC)

2.3 El Tipo fuerza contraelectromotriz(f.c.e.m) •Consta del cuadro de pulsadores ARRANQUE-PARO, un contactor principal, relés de aceleración ,tipo tensión, contactores y resistencias. •Los relés van conectados en paralelo con el inducido, estos están graduados para trabajar a una sucesión de tensiones cada vez más altas en el arranque de cuatro pasos podría ser 50, 75,90% de la tensión nominal. •Los relés se disponen en paralelo con el inducido para temporizar el funcionamiento de los contactores, porque resulta fácil ajustarlo para operar a tensiones predeterminadas. •Al acelerar el motor y elevarse lo suficiente la f.c.e.m para accionar al relé R1A(aprox el 50% de la tensión) •con una aceleración sucesiva del motor se excita 2RA a la tension para la que ha sido graduado previamente(aprox el 75% del regimen). •Cuando el motor se ha acelerado para aumenta la f.e.m del inducido hasta un 90% aprox. De latension de red, con lo que el inducidos opera normalmente a la tensión integra de la red

El Tipo fuerza contraelectromotriz(f.c.e.m)

Verificar campo adecuado

2.4 Aparatos de arranque con aceleración de tiempo fijo. Se han desarrollado muchos tipos de aparatos de arranque para c.c ,en lo cuales , unos contactos, conectados en paralelo con las resistencias aceleradoras, se van cerrando sucesivamente, a intervalos cada vez mayores. Esto implica el uso de temporizadores accionados por solenoides o por motor, relés amortiguadores, temporizadores neumáticos, contactores inductivos de tiempo limite, etc.

Arranque de un motor de c.c con relé de retardo mecánico •El relé temporizado TR accionado por un solenoide o un motor se activa para cerrar los contactos uno tras otro y con retardos graduados. •Los contactos del relé van poniendo en acción los contactores que a su vez ponen en corto circuito las resistencias

TEMPORIZADORES MECANICOS.- el relé de retardo mecánico TR puede ser accionado por un motor síncrono o por un solenoide, que a su vez acciona un vástago, el cual cierra un juego de contactos con un ciclo de tiempos determinado y regulable. Así se logra que los contactores conecten con demoras definidas y de creciente duración, para ir poniendo en cortocircuito un grupo de resistencias aceleradoras.

Motor Shunt conectado a un arrancador del tipo temporizador. Mecanico.

2.5. Arranque con relés de tiempo electrónico.

Modo de operación del relé de tiempo TR1,TR2 y TR3 son relés amortiguadores temporizados con el contactor M y el relé de retardo TR1 se excitan al pulsar el botón de ARRANQUE, lo cual cierra el contacto principal M para poner en marcha el motor Compound con las resistencias R1, R2 y R3 en el circuito de inducido, y cierra de esta manera los dos contactos de enclavamiento M conectados en serie.

Principal diferencia ente Aceleración con limitador de Corriente y tiempo fijo La corriente de carga determina la rapidez con que el motor alcanzara su velocidad mientras que el otro temporizador previo de los relés permitirá que estos operen en un determinado ciclo de tiempo de aceleración.

Arranque por fem y relés de tiempo definido Ea =k Ø wm ζe = Ra Ø Ia

Maquinas D.C ζacel = ζe - ζL

• Bobina Magnetizante Produce el cambio de los contactos Produce una fuerza Electromotriz (Tiene el Entrehierro)

VN > VM

→

ØN < ØN

•Bobina Neutralizante Recibe el Voltaje de los Entrehierros (Efecto contrario)

Si la R1 . Cuando < R1, >el tiempo de retardo. Cuando > R1, < el tiempo de retardo.

• DC-1 •ARRANQUE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA, VELOCIDAD CONSTANTE, •NO REVERSIBLE, ACELERACIÓN POR FUERZA CONTRA ELECTROMOTRIZ, SIN FRENO •DINÁMICO, CON PROTECCIÓN CONTRA BAJO VOLTAJE, SOBRECARGA Y FALLA DE CAMPO. •DIAGRAMA ESQUEMÁTICO.

DC-2 ARRANQUE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA, VELOCIDAD CONSTANTE, NO REVERSIBLE, TIEMPO DE ACELERACIÓN DEFINIDA, SIN FRENO DINÁMICO, CON PROTECCIÓN CONTRA BAJO VOLTAJE, SOBRECARGA Y FALLA DE CAMPO. RH1

RH -2

F- 1

F- 2

12 38

A mp 40

DP

FLU KE 8 6 7B L1

T1

R1

R2

R3

233

4 23 1

DS

69

T2

I nd 23 0

A mp

A1

22 6

A2

S1

8F

S2

6 22 5

5

21 2

210

MAR CH A P ARO 8F

Secuencia de Operación •6M –ON •5M,5N Y 6N – ON •8F –ON •6M –OFF •5M –OFF •6N, 5N - OFF •OFF •8F - OFF

48

49

52

4

12

50 6M 2 15

64

70

223

2 14

6 2 16 5M 20 8

209

2 24 6 2 27

2 13 5N S ER. RE ST

P OT. REO ST

2 09

228 6N S ER. RE ST 2 13 5 2 14

2 11

P OT. REO ST

8F 8F 73

72

65

232

229

41

39

L2

ARRANQUE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA,

Diagrama de operación de la bobina de magnetización y neutralización

2.6. Inversión de giro. El sentido de la rotación de los motores de c.c, puede invertirse por : 1. Invirtiendo el paso de la corriente a través del inducido. 2. Invirtiendo el paso de la corriente a través de todos los arrollamientos del campo Para cambiar el giro de velocidad del eje de una maquina DC, se debe:

Te =k Ø Ia Normal

+ +

+ + -

+ + -

Se invierte la (I de armadura) en preferencia ; ya que también se puede cambiar la If

No cambia la dirección de velocidad.

F

R

R

F

Devanado Interpolo

Pera que el devanado serie vaya la misma dirección del flujo, esta dispuesto de esta manera.

•Si es devanado Interpolo ( anular el flujo de reacción de armadura) •Se presenta 2 contactores para energizar o desenergizar; FUNCIÓN EXCLUYENTE. •Cortocircuita la armadura si los dos contactos funcionan a la vez, lo que quiere decir que cortocircuite la fuente.

Arranque de un MOTOR COMPUESTO. Esta conexión permite menos contactores energizados.

Secuencia de Operación •F (on) •RT (on) , RT1 (on), ∆t 1 •1A (on), RT2(on) ∆t 2 •2A (on),RT3(on), ∆t 3 •3A (on) •RT1(off) •1A (off), RT2(oFF) •2A (off), RT3(oFF)

Relé y contactos aceleración

Para cambiar directamente el giro sin pulsar el paro entonces se tiene que limitar la Iinv.

AVANCE GRADUAL

Si se quisiera funcionar en forma gradual, lo que se debe desconectar 1A y 2A.

Aquí van a funcionar gradualmente y si deseo sigue de largo cr

Ya no necesito autoretención Prioridad en la marcha

•Controlando manualmente, mientras el dedo esta pulsante funciona gradualmente (lentamente). •En el mismo botón se encuentre la marcha y la parada •Se necesita una reducción de velocidad mecánica.

AVANCE GRADUAL EN 2 DIRECCIONES

Es opcional el Bloqueo Mecánico

R1(off) R2(off)

2.7. Frenado: Dinámico y contracorriente.

Frenado Dinámico El inducido desconectado de la fuente, donde al arrancar no va hacer la inversión de giro El inducido funciona como fuente

Ifd = Ea/ (Ra + Rfd) Ifd

A mayor Ra + Rfd mayor Ifd A mayor Ifd mayor Contra torque

No interviene R1, R2 ni R3

Frenado Contracorriente.

•Al llegar a la velocidad cero tiene que desconectarse

•No gira en sentido contrario cuando se lo detiene

FRENADO CONTRACORRIENTE USANDO RELE DE TIEMPO

Swich de velocidad cero.- Opera normalmente abierto sino hay velocidad.

FRENADO CONTRACORRIENTE USANDO TEMPORIZADOR

Secuencia de Operación •M (on) , RT1 (on), ∆t 1 •1A (on), RT2(on) • ∆t 2 •2A (on), •RT1(off) •1A (off), RT2(oFF)