M o e lle r S e rie s
w w w .e ato n e le ctric.e s
IN I NFORMETECNICO: IT-EE09( 09(11/11) 11/11)
Ar r anq ue y co ntr Arr nt r o l d e m o t o r e s trifásicos asíncronos
Prólogo Elmotor ttririffásico coas asíncronoes esel el mot otor or más ásus usadoenel enel mundodelasi sinstal stalaciones esiindustrial riales sy y engrandesedificios ios. Simpleent entérminos osde de diseño ñoy y manejo, flex flexibleendi endiversoscamposdeap deaplicacióny ny conun onunffuncionamiento ntoeco económico. Esla soluciónmásfavorable cuandohablamos derel derelacióncalidad-precio. Loquecaracterizaal motortrifás rifásicoe oesel altoconsumodeintensidadcuandol doloalimentamosconcargaatravésde ésdeun una arranqued uedirecto. Cuando aplicamos osttensión directa ctallo queobtenemos ose esuna sobreintensidadq adquepu uepuede causar caídasdet detensión de red redy y problemasenl enloss s siste temas mecánicos. Desde dellainvenciónde ndel mot otor ortririffásico– o–ya yaha hace cem másde100 ásde100años os(188 (1889)–sehan sehande desarrol rrolladodiferentesconceptosy solucionespa esparal rala puesta enmarcha, quetienenpo enpor objetitivo eliminar efectosse efectossecundaririos osde desagradables. Sinembargo, paraqu raqueest eestos osco conceptos osy ysolucionescumplanel nel deseodeunrend unrendimientoóptimoy oysatisfactorioenl enlapuestaenmarcha, dependeráde erádelaaplicacióny, finalmente, delos sas aspect ctosecon oseconómicos. Para rafaci facilitar unadescripc ripciónsimplificada, se sepre presentaránl ntaránlos scu cuatrom ro métodosdearra dearranquey control ntrol dem demotores otoresa asíncronosmásimporta ortantes ntesy y conocidos. Enel proceso, prescindiremos osde deliberadamentedel dela descripci ripción ny y las lasffuncionesdel delosdi sdispositivos, y de dellos osco conocimientos ntosge generales básicosdel accionamientoeléctririco. co.
V ariant ariant es de arranque para m ot otores ores ttrifásic rifásicos os as asínc íncronos. ronos. En lo lo que respecta a la la construcción y a la la conexi exión ón del devanado del rotor rotor pasivo, el mot motor tri t riffásico asíncrono síncrono ttam ambién se conoce como un mot otor or de jaula ula de ardil ardilla o rot rotor or de jaula ula de ardillla (mot ardi otor) or).. Comparable con un transforma ransformador de rotaci rotación y de acuerdo con su modo de acci cción, ón, también bién se usa generalme ralmente el el término motor de inducción ón.. A los diseño diseños s con con bobinado separados se les les conoce como conexi xión ón Dahlander o motores motores de po pollos conmutables. Otra variante variante es es el anill anil lo colector del del rotor rotor (motor). (mot or). En est ste e caso, las las bobinas del rot otor or están están conect ctad adas tres anil los colectores ctores y sólo están int nterconec erconectados usando resi resisstencias ext xterna ernas s al motor. otor.
Así como las las diferent erentes es fforma ormas y denominaciones del motor asíncrono tam también hay di diversi versidad dad en los los modos de alimentación entación pa para ra el arr arran anqu que y el control. control. Para facil facilititar ar una de desc scripc ripción simpli plificada, llos os cuatro cuatro arranques de motor otor más conoci cidos dos e importantes serán examinados a conti continuación. Con entrada de alimentación trifásica en AC, neutro y toma de tierra (3 / N / PE/ 50/60 Hz). Eat aton on Moeller of ofrece rece una gama complet pleta a de arranqu arranques de motor otor para la conexión, la prot protec ección y e ell co con ntrol de motores tr triifásico asíncronos así ncronos para toda toda la gama de vari variant antes es de arranqu arranque que se mue uestr stra a a conti continuación.
Figu ra 1: V ari arian tes d e arran qu e d e m otor otor. . F1 = fus ib le (P (P ro tec ció n d e lín ea y co rtoc ircu ito ) Q 1 = C onm utaci utación (con tactor actores) es) F2 = P rotector otector de m otor otor (P rotecc otecc ión co nt ntr ra sob reca rga ) M 1 = M otor otor trifásico asíncrono A rran qu e d irec to. A rran q ue es trel ell laa-t trian gu lo , el arran q u e m ás co n oc id o y u tilizad o. A rran ca do r su ave (Q 2), 2), E l arran qu e c on tin uo y sin p ico s. U na a lternativa m od erna a l ar arr ran qu e e s tre lla -tria n g u lo . C on ve rtido r de frec ue nc ia ( (T1 T1 ), A rran q ue co ntrolad o y c on tinu o d el m otor co n p ar no m ina l d e la ca rga . Lo s co nv ertido res d e fr frec ue nc ia t tam am bié n p erm iten el co ntr ntrol ol de la ve loc ida d y c ue nta con u n a e lec tró n ica p ara la p rotec ció n d e l m otor. (I2 t). D e pe nd ien d o de las ca rac teríst sti icas , tam bién po de m os co nt ntr rol olar ar el po sicion am ie nt nto o d el m ot otor or us and o un ge ne rado r de p ulsos (B (B 1) 1). .
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Conexión Conexi ón de un motor trifásico Cuando se ali alimenta un motor tri triffásico, los l os datos de la placa del motor motor deben corresponderse con la tens t ensión y la la ffrecuen recuencia de alimentación. entación. La conexión xión está imp implement ntad ada a través de los torni tornilllos (versión (versión estándar) en
Conexión Conexi ón en estrella
ULN = √3 · UW
el cajet cajetíín de conexi xion ones del motor motor y debemos hacer una disttiinción ent entre re dos tipos de conexión, la conexi xión ón en estrell rella y la la conexi xión ón en triángulo. Ejemplo con unaalimentaci entación ón de 3 AC400 V, 50 Hz (ver figura 2).
Conexión Conexión en triángulo
ILN = IW
Con una especi cifficación de ttens ensión de 230/400 230/400 V, este este mot otor or debe estar conectad ado o a la red tri triffásica (ULN = 400 V) con una confi nfigu guraración en estrella. •Cada devanado del motor motor está está di diseñ señado para soport soportar ar un máximo máximo de 230V. •Los ttres res termi terminales (W2, V2, U2) se conect ectan an ent ntre re sí (conexión estrella) rella) para que la ten t ensión entre los los terminales de ent entrada rada (U1, V1, W1) y el pu punt nto o interm intermed edio (estrel rella) la) sea 230V 230V.
•
ULN = U W
ILN = √3 · IW
Con una especi cifficación de ttens ensión de 400/ 400/690 690 V, este este motor otor debe estar conectad ado o a la red trif rifásica (ULN = 400 V) con una confi configuraguración en triángulo. • Cada devanado del mot motor or est está á diseñ diseñado para soport soportar ar un máxi áximo mo de 400Vy podemos conect ectarl arlos os direct ectam amente. • Para un arranque direct ecto, o, los terminales de los ttres res devanados deben estar conectado ctados entre entre sí (conexi xión ón tri triángulo) para que la ttenensión entre entre los losterminales deentrada entrada (U1, V1, W1) sea 400V. •
Figura ura 2: Conexi xión ón del mot otor or en sentido horari horario. o.
En general, ral, las propiedades de un mot otor or ttririffásico se definen en las normas (DIN / VDE0530, IE IEC/ EN 60034). Sin embargo, el diseño constructivo esdominio io de llos os fabrican fabricantes. Por ej ejem emplo, en unmercado sensible los precios, los mot otores ores de pequeñas potencias (< 4 kW) – que suel elen en usarse para bombas y venti ventiladores – frecuent frecuentem ement ente e los podemosencontrar sin cajetítín de conexi xion ones. Aquí los los devanados están conect ectado ado int nterna ernamen entte en en confi configu guración ración est estrell rella, a, y sólo dispon disponem emos de ttres res cable para conect ectarl arlos os ala ttens ensiónasignada. Ind ndep ependientemente del diseño (con (con / sin caj cajetí etín n de term ermiinales), la conexiones del motor trifásico se denotan por su orden alfabético (por ejemplo, mplo, U1, V1, W1) se correspon corresponde con la secuencia de tensi tensión de red (L1, L3)eciyfica hace eoeldimo gi re en enti domotor. horario. horari l se ntiidoco nt de gi ro L2, se esp mirqu and rectam recttor amgire ente al eje ejsent e diel mot or.o.EnEm otores ot ores n dos ejes, el ext extremo remo de accionamiento se denomina ”D ”D”, y el ext extremo remo de no accion cionam amiento “N “N”” (D = drive, N = no drive). La rot rotac ación antihorari del motor motor se consigueint ntercam ercambiando dos fasesde la tens tensión de entrada.
Figur ura a 3: Rotación horari horaria: a: Secuencia de ffas ases – Cajetítín de terminal terminales – Extremo xt remo de accionamient nto. o.
El punto de operación eración (MM) del motor trifásico asíncrono está descrito por el ran rango go de ten tensión nominal y la la frecu frecuen encia cia correspondiente iente (ej. 400 V/ V/ 50 Hz). La velocidad (de rotaci rotación) se det etermi ermina por la la ffrecuen recuencia de la red red eléctriica (n ~ f). Est eléctr sto o depend nde e de la carga y sólo se man anttiene siempre y cuando el par del motor ((M MM) y par de carga (ML) ttengan enganla misma magnitud. Los datos nominales de pot otenci encia eléctr ctrica y mecánica del punt punto o óptimo óptimode trabaj rabajo debe deben estar espec especificados icados en la placa de caracterí erísti stica cas del del mot otor. or. Los dat datos os de la operación operación son inestabl estables durante durante el proceso de arranque (proceso (proce so de aceleración). La unidad solo será estab ablle en el punt nto o ópt óptim detrabajo (MM).
Arranque de motor directo El arranq arranque de motor otor di direct recto o es el método étodo más sencillo para arrancar un motor tri triffásico asíncrono. Los devanados del estat estator or están conectados directamente nte ala red eléct éctririca ca por un proceso de conmutaci utación simple. Como resultado de esta aplicación obtendremos alt as corri rrientes de arranque (corriente nte de sobrecarga) que a su vez causan molestas stas caídas en l ten ensión sión de red. Por este motivo, otivo, llas as com compañías eléctr eléctriicas cas suelen lim limitar it ar l potenc potencia nominal de los motores otores conectado ctados a la red. Este ste valor llíímite puede vari variar ar de una red a otra. otra. En redes eléctri ctricas cas públicas, estas estas limitaci ciones ones por lo lo general se cumplen plen cuando en el arranque arranque la pot potenci encia aparente del mot motor or tr trifásico no excede de 5.2kVA 5.2kVA o cuando es demayor poten potenci aparente rente pero lla a corr corriiente de arr arranq anque no excede de 60 A. Con una tens tensión de red de 400 V y un arranq rranque 8 veces la int intens ensidad nominal, est esto o corre corressponde a un mot motor or con una intensi ntensidad nominal de 7. 7.5 5 A o un motor otor de kW. En motores otores que ocasionalment ente e sobrepasan los 60 Ade corrient ente e de arranarranque y motores motores con una int intensi ensidad de arr arranque anque de más de 30 A que causan alt alterac eraciones en la red pú públi blica ca,, ej. ej. Po Porr arran arranqu ques es pesad ados os, alta alta frecu frecuenci de conmutación o variaci variación en el consumo (ascensores, sierr rras as de cort corte), e), se deben ttom omar medidas alternat ernatiivas para las variaciones disrupt disruptiivas de tensión. Los motores con potencias de más de 4 kW kWy y tens tensiones nominale de 400/690 V pueden arranc arrancarse usando una configuraci configuración estrel strelllatriangulo. El arranque direct ecto o crea un estrés ttérmi érmico en los devanados del motor y, solo breve brevemente, nte, fuerzas elect ectrrodinámicas momentáneas. Con frecuen frecuenci cia, a, el arranq arranque direct recto o reduce la la vi vida da de los los devanados de un motor est están ándar (p.ej.. Operacione (p.ej raciones s periód riódiicas int interm ermitentes).
Figur igura a 4: Curva caracterí característi stica ca del arranquede un motor otor ttririffásico asíncr íncrono. ono.
IA IN MA MB MK ML MM MN n nN nS
= = = = = = = = = = =
Int I ntens ensidad de arr arranq anque. Int Intens ensidad nominal en el punto de trabajo Par de arr arranq anque Par de aceler leraci ación (MM > ML) Máximo valor del par Par de la carga Par del motor (punto det rabajo) Par nominal dela carga Velocidad (valor actual) Velocidad cidadnominal en el punto de trabajo Velocidad cidadde sincroni croniza zación (nS - nN = Velocidad cidadde deslizamient nto) o)
El bloqueo del rotor rotor (r (rotor otor bl bloqu oqueado) es un fal falllo grave que puede llevar a la destr estrucci ucción térmi térmica del motor ttrrifásico asíncrono. Cada devanado del motor otor debe estar proteg protegiido p por or un dispositivo de prot protecc ección para evit evitar ar que ocurran este titipo de sobrecargas tér térmi micas. Una soluci ción ón económica e el uso de relés de sobrecarga, más conocidos cidos como relés relés térmi térmicos o rel relé é bimetálicos. Est stos os relés relés de sobrecarga se conocen como interr terrupt uptores ores prot protect ectores ores de motor en combinación ación con un módulo de conexi xión. ón. El sinóni sinónimo de esto e el PKZM. En la la alimentaci ntación del motor, este prot proteg ege la conmutaci utación (contact actor or DILM), la acometi etida y los los devanados del motor cont contra ra su destrucción debido a u una na sob obreca recarga térm térmica (r (rotor otor bloqu bloquea eado do)) y cort cortocircuit ocircuito, o, aun cuando teng tengamos una pérdida pérdida de fas fase (L1, L2, L3). Para est este e propósito, debemos estab ablecer lecer en el interr interrup uptor prot protector ector de motor la corr corriiente nominal del motor y los cables de conexi exión ón deben de estar star calcul calculados para este valor. El diseño de los componentes en el ci circui rcuitto princi ri ncipal del mot motor or se l eva cabo de acuerdo con la la int intens ensidad nominal (Ie) del motor y la categoría de empleo AC-3 ((Norma Norma IEC/EN60947-4N60947-4-1), 1), AC-3 = motores de jjaul aula de ardilla: arranque, paro durante la operación La selección d de e un interrupt interruptor or prot protec ector ad adecu ecuado es decisiva para l segurida uridad del funci funcionamiento y de la vida vida úti útil del mot motor. or. La combinaci ción ónde arranq arranque de motor otor (MS (MSC) ofrece ofrece una solución iide deal para el arr arranq anque direct ecto o del motor. otor. El MSCen su diseño están ánda dar consiste en un interrupt interruptor or protector de motor PKZM0 y un cont contact actor or DIL enchuf chufabl ables. En la versión versión MSCDE, el interr interrup upttor prot protec ector de motor otor PKE para corrien corrienttes de motor de hasta 65 A, ofrec ofrece una alt alterna ernattiva iinn nnova ovadora a las solucion ones es bimetálica álica (PKZM0). Con su alt o nivel de flflexi exibiillidad y llos os mismos accesorios, el MSCDEcumple con tod todas las demandas del cli cliente. nte.
En una conexi xión ón en estrel strellla, la tens tensión de red (LSN) de los los devanados indivi vidua duales del motor se reduce por un fact factor or de 1/ √3 (~ 0,58). 0,58). Por Por ejemplo: 400 400 V • 1/ √3 = 230 V. El pa parr de arran rranque y la corri corrien entte de entrad ntrad (en la conexión xión en estrel strellla) se reduce a un ter terci cio o de los valores de la conexión en triangulo. Corriente de arranque típica: 2...2.5 Ie Debido a la reducción del par en el arr arranque, la conf confiiguración en estrel strelllatriángulo sólo sólo es adecuada para aparat aparatos os con un par de carga baja o un par de carga (ML) que aumenta enta con lla a veloci velocidad, dad, como esel caso debomba bas s y ven venttiladores (ven (ventiladores / ext extract ractores ores). También se uti utililiz zan en unidade unidades que solo están suj sujet etas as a una carga después de haber acel acelerado erado de velocidad, por ejemplo, con prensas y centrífugas.
Figura ura 5: arranq arranque dir ecto, sent ntiido de rotación rot ación horari ario, o, ejemplo deun MSC.
Arranque estrella-triangulo Con un arr arranq anque de mot otor or estrel estrellla-tr a-triángulo, la puesta en marcha del mot otor or tri t riffásico asíncron asíncrono o se realiz realiza mediante una trans transici ición ón entr entre e los devanados. Los puent ntes es en el cajetí tín de bornes del motor motor se omiten, y las 6 conexi exiones ones de los devanados se conect ectarán arán a la red eléct eléctririca ca mediante nte una conmutación l amada est strel rellla-tr a-triángulo (conmut utaci ación manual o aut automática ática de los los con onttactores).
Durante urante el funci funcionamiento, los devanados del motor motor están están conect ctado ados en triangu triangulo. El voltaje volt aje del devanad ado o (UW), po porr llo o ttan antto deb debe ser igu igual al a la tten ensión de fase (LSN) del del sistema sistema tri triffásico. Por ejemplo, en unaten ensión sión de red de 3 AC400 V, el volt voltaje en la placa deca caract racterí erísti stica cas del motor debe estar especif icado como 400/690 400/690 V.
Con el cambio de confi configuraci guración de estrel strellla a ttririáng ángulo, la corri corriente cae cero, y lla a velocida cidad del motor se reduce en función de la carga. El paso tririán ángu gullo provoca provoca un aumento espectacu ctacular de la co corr rrient iente, e, así como l aplicación de toda toda la tens tensión de red en los devanados del motor. Esto sto provocará caídas de tensión tensión en sist stem emas de suminist istrro dered poco fifiable o débil biles. El par motor también sube a un valor más alt o durante la ttranransiciión, ón, lo lo que causa una carga adiciion onal sobre ttodo odo el si sist stem ema. Si, por ejemplo, las bombas funcionan con arrancadores estrella-triángulo, menudo se ut utiiliza un frfreno enomecánico nico para proporci cion onar una amorti ortiguación en el sist sistem ema y evitar evitar los losllamad ados os" go gollpes de ariete" ariete".. La transici ición ón automáti ática de estrel rella la a ttririán ángu gullo generalmen entte se realiz liz mediante un relé tem tempo poririz zad ador or en el contact contactor or de lílíne nea. El tiem iempo po requerido para el arranq arranque en estrell rella depende de la carga del motor motor y debe contiinuar hasta cont hasta que el motor motor haya alcanzado cerca del 75 al 80% de su vel veloci ocidad de funcionamiento nto (nN) para garant arantiizar la la post ost-ace -aceleración eración necesari saria a para el cambio a triáng riángulo. Esta sta post ost-ace -aceleraci ración de la confi nfiguración ración en tri triángulo está está asociada con alt as corri orrientes como en el caso del arranarranque directo.
Una conmutaci utación demasiado rápida entre la la estrell rella y el ttrriángulo ulo puede dar lug lugar a la desconexi exión ón del ar arco co (en los contact ntactos os de los los contact contactores) ores) y pu pued ede e causar un corto orto cir circu cuiito. El interval ntervalo o de tiem tiempo po d de e trans transición debe ser ttal, al, qu que e sea suficiente para eli elim minar los los arcos. Al mismo tiem tiempo po,, l vel veloci ocidad de la unidad nidad se debe reducir lo menos posible. le. Exi xist sten en relé relé tempo poririz zad adores ores especiales p para ara cumplir plir con la ttrans ransición ición estrel strellla-tri a-trián ángu gulo. lo.
Diagramade conexión de una conf confiiguraci ur ación estrella-triángulo. Con prot rotecc ección bimetálica. bimetálica. 0.58 x Ie ta ≤ 15 s
Figur ura a 6: Arranqueestrel rellla-t-trriángulo, sentido sentido derot rotaci ación horar rario, io, ejemplo de un SDAINL
La secuencia de fas fases corr orrecta ecta (ver figura 6) para el paso de estr estrel ella a triángulo ulo se debe ten tener en cuenta al conect ectar ar los los conduct uctores ores del motor motor y el arr arran ancador. Debe considerarse erarse la dirección de ffun unci cion onamiento nto del motor. Una conexi xión ón incorrect correcta a de las fases puede provocar alt altas corriientes de pi rr pico co en el arranq arranque, a causa de la ligera disminución en la vel veloci ocidad durante el int i nterval ervalo o del cambio. Los picos de corri corriente ponen en peligro los los bobinados del motor y los los contactos ontact os de conmutación inn innecesariamente.
La tensión del mot motor or en un arrancador se modifica por el cont contrrol del ángulo de cada fase en media onda sinusoida oidal. Con este ste fin, fin, dos ttiiristores stores en cad una de las fases est stán án conectado ctados en anti ntiparalel ralelo, uno de ellos para l media onda posit iva y el ot otrro para la media onda negati ativa.
Cuando arr rran ancamos con la conexi exión ón en estrella, en prim primer lugar el contactor de estrel rella la puentea puentea los term terminales U2, V2, W2. A continuación, el contactor princ principal aplica la ten tensión sión de red (ULN) en los termi terminales U1, V1, W1. Después de ttranscu ranscurrir rir el tiempo programado, el rel relé tem temporizador desconect cta a el contactor contactor de est estrel rellla y conect cta a el contactor contactor de triangulo ulo aplicando la tens tensión de red alosterminales U2, V2y W2.
La elección de los componentes para la la conexi xión ón del motor motor se l eva a cabo en concordancia con la corri rriente nte de funci cion onamiento, es decir, del motor y con lla a categorí categoría a de empleo AC-3 ((Norma Norma IEC/EN60947-4-1), N60947-4-1), AC3 = mot otores ores de jaula de ardi ardillla: arranque, paro durante la operación. El relé relé térmico se colocará aguas abajo del cont contact actor or princi principal. Est stabl ableceremos por tan tantto un un factor factor de corrien orrientte 1/ √3 (~ 0,58 ,58• Ie) por debajo de la corrien orriente nominal del mot motor. El contactor contactor princ principal y el de tririan angu gullo también se seleccionan cionan co con n este factor de redu reducc cciión (~ 0,58 • Ie ). El contact cont actor or estrel estrellla para un arr arranqu anque de no más de 15 segundos debe e
selecc ion ars arse co con n un fact or de unarr teanq rci rcio oue(~(>15s) I )hde corriente nom ina l de l emo tor. Enfacto ti tiempo s de arranq (>0,33• 15s) de astala60 segundos, el contact contactor or de est strel rellla debe seleccion ccionarse de la misma magnitud que el contactor principal.
Arrancadores suaves En muchos casos, el arr arranq anque direct ecto o o el arranq arranque estrell rella-t a-trriangulo del mot otor or tri t riffásico asíncrono no esla mejor solución ya que altas altas corrien corrientes de pico pue uede den iinfl nfluir uir en el suminist nistro ro eléctri eléctrico co y un aum aumen entto repenti ntino no del par puede iinduci nducir a llos os component ntes es mecánicos de la maquina o al sisttem ema aalt os niveles eles de estrés.
Figura igura 7: Control ontr ol del ángulo de ffas ase y contact contacto o de Bypass.
Cua uand ndo o la ram rampa de aceleración (t (tS Start) art) ha ffiina naliliz zad ado, o, los los ttiririistores stores están completam tamente contr control olados (media onda sinusoida oidal completa eta = > fin de rampa: TOR). Como los ttiirist ri stores ores sólo ólo están activos durante urante la ffas ase de aceleraci ración ón o durante ante la fase fase de desacelerraci ación, ón, pueden ser Bypasados a través través de los contact actos os de Bypass durante urante la operación conti continua nua. Las pérdida érdidas enel arrancaarrancador suave se pueden reduci cirr graci gracias as a la inf inferi erior or resi resist sten encia cia que ofrecen lo contact cont actos os mecánicos de la conmutaci utación. Hoy en día, en arrancadores suaves, podemos hacer una dif diferenci erenciaci ación ón en enttre dos variant ariantes es en la configu configuración ración de potencia (f (fiigura 8).
El arr arranc ancador suave proporcion roporciona un remedio. Permite un aumento conti continuo y lliineal del par y ofr ofrece la posibililidad de una reducción select ectiiva de la corr orriiente de arranque. La tensión del motor motor se incrementa a part artiir de una tensión ini inicial ial y un titiempo de rampa de aceleración, ración, seleccionados mediante selectores hasta hasta llega llegar a lla a tten ensión sión nominal del mot otor. or. El arranc arr ancador también puede cont ntrrolar la rampa de parada mediante la la reducción de la ten t ens sión. La curva caracterí erísti stica ca del mo mottor asíncrono tririffásico sólo se apli plica ca cuando la ten t ens sión del motor es igual igual a la ten t ensión de red (ULN). Si aplicamos una tensión inferi nferior, or, obtendremos una reducción cuadráti drática en el par 2 (M~ U ). Cuando lo comparamos, por ejemplo, con un arranq arranque est strrellatrián riángulo, la tten ensión del motor se reduce hasta el el 58% 58% (~ 1/ √3), y el par se reduce a alrededor del 33%(un terci tercio) o) La diferen diferencia cia entre las las caracterí eríst stiicas de de la carga (ML) y las características del par motor (MM), y por consiguiente la fuerza de aceleración, pu pued ede estar infl nfluida uida p por or medio del del ajuste del volt voltaje del del motor. motor. El arrancador debería bería ser preferi preferido do para toda todas las aplicaciones con un arranque con carga (la (la carga no se puede conectar después de la puesta puesta en mararcha) que la conf configuración estrel rella-t la-tririán ángu gullo. Es una buena alterna alternattiva a la configuraci confi guración enestr estrel ella-t a-trriángulo por razoneseconómicasy ttam ambién por razones de ahorr orro o de energía, ergía, en part partiicular para unidades dealt a potencia.
Dos fasescontr controladas oladas •Fácil manejo, con 3 valores de ajuste (tStart, UStart, tStop) •Contr ontrolado por tiempo, rram ampa de tensión lineal •Generalment ente e con Bypass ininterno •Precio atractivo para alternativa al arran arranqu que estrella-tr rella-triang iangulo. onfiguraci guración solo en línea. •Confi ores pequeñosa media•De motores •
nos (< 250 kW)
Tres fas fases controlada roladas • Para tareas tareasexi exige gentes ntes • Aplicaciones preseleccionables • Programable • Circuit rcuitos os de cont control rol y laz lazo cerrado. 2 • Con limitación de corriente (I t) y funci funcionesdeprot protecc ección de motor. (Int nterf erface ace de bus) • Comunicación (I onffigu guración ración en lílínea e ““iin• Con •
•
Figura igura 8: Caracter aracteríst ístiicas de arr arranc ancadores suaves
delta” Para motores otoresa p part artiir de7,5kW aprox.
El tiempo de aceleraci ración ón de una unidad con un arrancador suave es el resultado de la configuración de la tens tensión de arranque (UStart) y el tiempo de rampa (tStart) para el aumento ento lineal hasta hasta la tens tensión de completa ta dered (ULN). La ten ensión sión inicial inicial determi ermina el par de arranque del mot otor. or. Una altlta a tensión deinicio io y un ti t iempo derampa corto cort o corresponde aproximadamente a un arr arranq anque di direct recto. o. En la prácti práctica, el par de arr rranq anque necesario (UStart) y el tiempo de rampa (tStart) se configuran de acuerdo a los requisit os del arranque.
El tiempo de parada establecido cido (t(tS Stop) debe ser más larrgo go dependiendo de la carga o usar una parada sin ttiiempo “parada libre” de la carga. Lo tirist ri stores ores del arranc arrancador suavetambién están sujettos os a las mismas tensiones térmicas que estuvieron ron presentes durante el proceso de arranque. Si, por ejemplo, el ar arrancad rancador está está preparado para soportar rt ar 10 arr arranq anques por hora, estarán estarán permit idos 5 arranq arranques por hora (más 5 paradas por hora) hora).. El tiempo de rampa de parada (tS (tStop) puede seleccionarse independient nteement nte e del ti t iempode arranq arranque, serequierre e con frecuen frecuencia en bombas par evit ar ondas de presión (gol (golpes de ariet ariete). e). También se pueden prevenir movimient ientos os espasmódicos que en una parada libre, por ej ejem emplo, plo, pueden provocar provocar un mayor desgaste gaste en corr correas eas o cadenas de transmisión ión y rrodaodamientos ientos. El di diseñ seño del cir circuit o de conmutaci utación y protecc otección (componentes electr ctromecánicos) del circuit o pri princi ncipal debe l evarse a cabo en concordancia con la intensidad nominal (Ie) del mot motor y la cat categ egorí oría a de empleo AC-3 (norm IEC 60947-4-1). El diseño del arr arrancador se l eva a cabo en concordanci con la inten tensidad nominal (I e) del motor y la cat catego egoría ría de empleo AC-53a o AC-53b (nor (norm ma IE IEC/EN60947-4N60947-4-2): 2):
Figura 9: Curva urva de tensi tensión ón en un arr arranqu anque suave.
El tiempo de rampa ajustado stado (tStart) no es el tiempo real de aceleraci ración de la unidad. Esto depende de lla a carga y el par de arranq arranque. El tiempo de rampa sólo contr control ola el cambio en la tensión. En el proceso, la corriente aumenta al máximo y lue luego cae a la la corri corriente nominal, después conseguimos la velocida cidad nominal del motor. La corri rriente máxima entonces se fija para adaptarse aptarsea lla a unidad (motor más carga) y no puede determinarse de antemano. Como result ado, las unidades somet etiidas a altas cargas en relarelación ción con tiempos de rampa largos rgos pueden conducir a una excesiva carga térmica en los tiristores. Si no podemos superar un determinado erminado nivel nivel de corri corrient ente, e, debemos selecciona cionar un arran arrancador suave con limiittación de int ntens ensidad. Est sta a varian ri ante de arranq arr anque está con frecuencia esti estipulada por las las compañías de suministr istro o eléctr ctrico cuando uni nida dades de gran tam tamaño est stán án conect ctad adas a la red red pública (por ejemplo, bombas de elevación, ven ventiladores para sistem temas de ventilación de tún túneles).
Motores de jaula de ardi ardillla: arranq arranque – paro durante urante la ope AC-3 = Motores ración.
AC-53a = control de motores otores de jaula de ardilla: dilla: funciona cionam miento iento contiinuo con arranques de procesos, maniobras, operaci cont eracion ones. AC-53b = control de motores otores de jaula de ardil rdilla: funcionamiento iento intermitente (funcionamiento intermitente significa que el arrancador se bypasa durante rante un funci funcion onamiento ento continuo, por ejem ejemplo, un contactor de bypass).
La configuraci configuración “en lí nea” corr corresp esponde con la alimentaci entación ón del motor durante durant e un arranq arranque direct recto. o. Sólo ólo conect ectarem aremos tres tres cables al motor en los conect ectores ores U1, V1 y W1. Los ext extrremos de los bobinados se configurarán en estrella o en ttririang angulo dependiendo de la tens tensión nominal del motor.
Los arrancadores tam también permiten cont ntrrolar el tiempo de reducción de tensión del mot otor or y po porr lo tan tantto contr controlar olar la rram ampade parada de los mot otoores.
Figur ura a 11: Configuraci onfiguración “In-delt “In-delta” a”
La configuraci configuración “i “in-delta” sól sólo o es posible con arrancadores suaves con control de las tres tres ffas ases. Los bobinad bobinados del motor motor están conectad ado o
Figure ure 10: Ali Alimentación del mot otor, or, Arr Arranc ancador suaveDS7, confi configur uraci ación “en lílínea nea” con PKZM0
ind ndiivi vidu dualmente en serie erie con llos os tiri irist stores ores en trtriiángulo. El diseño d del el arranc arrancador en esta configuración puede ser de un ffact actor or de 1/ √3 (~ 0,58 • Ie) menor que la corr corriiente nominal del motor. Desde un punto de vi vist sta a económico, esta esta es una varian variante deconexi exión ón interesa teresante nte para altas potencias potencias demotor.
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Otras ventaj ntajas de los convert vertiidores defrecuencia incl incluyen la estabi stabilidad altas altas velocidades con flfluc uctuaciones ciones en la carga (fl (fluctuacion uctuaciones es por debaj de un 1%) y lla a opción de cambio en el sent sentiido de giro. A medi edida da que se genera el campo de rotaci rotación del converti vert idor de ffrrecuencia, un simple comando de contr ntrol es ttodo odo lo que se requi requiere ere para cambiar biar la la secuencia cia de fases y la direc dirección de giro del motor. La prot protec ección electrón electrónica de dell motor otor (control de I2t) integrad integrada a en los co conv nverti ertidores de frfrecu ecuen encia cia tam también asegura un funcion funcionamiento sin lla a necesidad de medidas adici diciona onale de seguridad eguridad (rel (relés és de sobrecarga). obrecarga). Dependiendo del mét método odo de apl apliicación, pa param rametri etriz zar los los rangos de temperatura ratura en el converti vertido dorr de frfreecuencia proporciona proporcionan un mayo ayorr nivel de prot protec ección ttérm érmica de dell motor. otor. L completa ta prot protecc ección del motor ttam ambién es posible le en combinación ación con termistores. tores. La detecc etección de sobrecarga y subcarga tam también pueden mejorar la seguridad operacional de la unidad.
Figur ura a 12: Al Aliimentación del mot or, arr arranc ancador suaveDM4, configuración configuración “in “in delta”
Podemos inclui cluir también un relé térmi térmico a la salidadel arran arrancador suave y también se puede reduci cirr con el fact factor or 1/ √3 (~ 0,58 ,58• Ie) infe inferio riorr a l corrien corri entte nominal del motor. otor. Si el rrelé elé está instalad instalado o en en el suminist nistro ro de red, tendrá que ser evaluado al iigu gual que el contact actor or o el conmut utado ador usando la cor corririen ente asignada deempleo (I (Ie) del del motor
Convertidores de frecuencia El converti vertidor de frecu frecuen encia cia es es en en últltima ima instancia, la mejor solución par un arranque conti continu nuo o y sin escalones de motor asíncrono ncrono ttririffásico. L limititac ación de corr rrient iente e ajustable evita evit a los picosde co corr rrient iente e en el suministro de red el eléctririca ca y repenti ntina nas cargas en las part rtes es mecán ániicas de l máquina y en los si sist stem emas.
El convertidor de frfrecu ecuencia ffunci unciona como un converti ert idor de energía de la alime imentaci ntación ón de un motor. otor. El convert vertiidor obt obtiene iene la corri corrien entte activa ctiva de desd sde la red eléctri léctrica ca a través través del rect rectiificador y suministra nistra al motor corr rrient iente e act actiiva y react ctiva iva a ttravés ravésdel inversor. La potencia potencia reactiva necesaria para el ffunci uncionamiento nto del motor es proporcionada por los los condensado dores res del ci circui rcuitto int interm ermed edio. En cuanto a la red eléctrica rica se refi refiere, ere, el convertidor de ffrecuen recuencia se comporta porta práct práctiicamente como una carg resistiva (cos φ~ 1). La conversión conversión de energí ergía y llos os ttiipos act actual uales asociados ciados se deben considerar en el diseño de los di dispo sposit ivos de conmutaci utación y de protecci otección de la derivaci deri vación a motor. A tal ef efect ecto, o, los los componentes electr ctromecánicos (por ejemplo, fusibles, rrea eact ctores ores de lílínea, contactores de red) aguas arri rriba del convertidor de frfrecu ecuencia se dimensionan de acuerdo con la corr corriiente de en enttrada (corri (corrien entte act ctiva iva corri corrien ente) y la catego categoríría a de empleo AC-1 (no (norm rm IEC60947-4-1). Los componentes de la salida del vari variador de frecuen frecuenci (por ejemplo, los reactores d de e motor, otor, filtros deon onda da,, loscables cables del motor) se dimensionan de acuerdo con la corri corriente de ffun unci cion onamiento del motor conect ctado ado y la la categoría categoría de empleo AC-3.
Además del arr arranq anque suave, el converti convertidor de frecuen frecuencia tam t ambién permit e el control control de la velocidad (frecu (frecuencia) del motor. Con onside siderando que lo motores estando conect ectado ados directament nte e a la red eléctr ctrica sólo sólo pueden lograr llas as condici cion ones ideales de ffunci uncionamiento nto en el punto deestado de funcionam cionamiento iento constante (= indicación de la placa de caracterí aracteríst sticas), icas), pueden ser ut utiilizados en todo el rango de veloci elocidades con el control de frecuencia, por ejemplo, desde 4V a 0, 0,5H 5Hz a 400V 50Hz. La relarelación ción constante de volt aje / fr frecuencia (V/f) (V/f) garanti rantiza puntos independientes que operan con el par nominal de la carga (MM). En comparación aración con las sol oluci uciones anteri anteriormente descri scrittas, los los converti vert idores de frecuen frecuencia parecen ser la la solución más cost stosa osa a prim primera vist vista. a. El mayor coste de adquisici ición ón y las medidas adicion ionales sobre la la instal stalación (cables blind blindados y fifiltro RFI para la la compatibili bilidad elect lectrom romag agné nética, EMC) son las pri princi ncipales razones. Pero durante durante una operaci ración ón a larg plazo, el arranque suave del motor, además de la efi eficiencia energéti rgética ca y l opt optiimización de proce procesos, muestra benefici cios os económicos. Est sto o es especialm cialmen entte cierto ciert o para bombas y vent ventiladores. Por la la ade adecuación de l vel veloci ocidad de rotaci rotación del proceso de producción y la la compensaci ción ón de int nterf erferen erencias cias externas, el converti ertido dorr de frecuen recuencia garanti rantiza un una a vid útil más larga y unamejor seg úti eguri urida dad fun funciona cional. Figura ura 13: Alimentación del motor motor,, Convert idor de ffrecuen recuencia, con el M-Max como ejemplo. plo.
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Durant urante el fun unciona cionamiento del motor, los converti vertido dores res de frfrecu ecuen enci ci dif ieren complet etam amente del mét étodo odo de operación del inve inversor que puede ajustarse ajustar se por el usuaririo. o. Además del control estándar U/f con una curv característi erística ca line lineal o cuadrát cuadrática, ica, el control control de vel velocidad sen enso sorlrles ess con compensación ción de deslizamient ento o y el control control vectori vectorial al del par son mét étod odo en uso conocidos hoy en día. Considerando que el control U/f permit e el funcionam cionamiento iento e en n paralelo paralelo de varirios os motores - inc i ncluso con diferen diferente rangos de la salida salida - en la sali salida da del convert vertiido dorr de frecuencia, el control control de velocidad y vectori vectorial al se han diseñado
•
Rect ectiif icador con aliment ntaci ación monofásica nofásica (hasta 2,2kW) o trifásica.
•
Filtro de radio interferencias para compatibilidadelect ctrromagnét étiica integrado tegrado(EMC)
exclusivam sivamente para funciona funcionar con motores otores individu iduales. Por la presente, el convertidor de frfrecu ecuencia se ajustará stará autom utomáti áticamente a las caract aracteerírísti stica cas s del motor (i(ind ndividu ividual) asíncrono trifásico rifásico a través d de el llamad “auto-tunning”. La descri cripci pción detallada de este pr proce ocedimiento nto especí cíffico de operaci ración ón con converti nvertidores de frecuen frecuencia, sin embargo, excede de la visiión ón simplificada de los método étodos más conocidos para el arranq arranque y el control de mot otores orestrif ri fásicosasíncronos.
Circuito intermedio DC.
•
Inversor con IGBT (Insu (Insulated ated Gate ate Bipol olar ar Transistor)
Condensadores del ci cirrcuit o iint nterme ermedio para suavizar la tensión del rectificador y propor-
•
Conmutaci utación ón de tensión cont contiinua con modulación por ancho de pulso ulso sinusoidal ponderado (PWM)
•
Cables a motor otor apant apantal allados.
•
Control U/f, control de deslizamiento, control vectorial.
ci ciona onar lla a pot otenci encia reactiva necesaria para el funcionam cionamiento iento d del el motor. ontrrol de la corrien riente de ent entrada rada del con Cont vertiidor de frecu vert frecuen encia (Corrien orrientte de co cont ntrol rol de suministro nistro del converti vertido dorr de frec frecue uenc ncia (modo de fuente fuente de alimentación entación conmutada).
Figura ura 14: Component ntes es princi ri ncipales de un convertidor de fr frecu ecuencia.
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Sumario
El uso y la la aplicación det eterm erminan lla a selección del modo de arr rranq anque para un mot otor or ttririffásico asíncrono. Comparamos los rrasg asgos caracterí acteríst stiicos delos modos de arr arranqu anque aquí:
Estr Estrella-tr ella-triangulo iangulo
Arranca Arrancador dor suave
Convert Convertidor idor de frecuencia
Carga en la red en el arran- Alt o que Curva de intensidad
Medio
De bajo a medi edio o
Bajo
Intensidad relativa en el arranque
2...6x Ie ≤1 (...2x) 1,3...3x Ie cido do por el contr control ol de (ajustable) (~ 1/3 comparado con un (Reduci arranque di direct recto) o) la tensión)
Arranque Arranq ue directo
Diagrama
Curva de tensión
4...8x Ie (Dependiendo del motor)
Ie
Curva de par
Par relativo en el arranque
Características
- -
Áreas de aplicación
~ 0,1...2 ,1...2x MN 0,5...1x MN 0,1...1x MN 2 /f , pa parr aju ajus stable) (~ 1/3 comparado con un (M ~ U , El par es propor- (M ~ U/f, arranque di direct recto) o) ciona ci onal al cuadrado de la tensión) erística cas de arran- - Alto par a baja corriente Arranqu anque con reducción reducción - Característi Alta aceleración con con alto alto - Arr - Caracterís erísticas de arranque ajustables depar y corrient corriente e consumo en el arranqu arranque sibillidad de rampa de que ajustabl ustables es corriente en - Posibi Alt a carga mecánica - Pico de par y corri parada el cambio
1,5...3x MN (dependiendo del motor)
Uni nidade dades en suministr t ros Unidade nidades que solo est están án Unidade nidades que requi requieren eren una estables establ es que permit en alt as suj sujet etas as a la carga carga despuésde progresi progresión ón suave del par o corriientes de arranq corr arranque (pa- la aceleración. unareducción decorri corriente res)
Unidade nidades que requierren en un arranq arranque cont contrrolado y un ajuste ajuste de velocidad sin escalones
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Eaton Corporation Eaton es líder en gesti ón de energ ía en todo el mundo ofrec iendo productos, sissistemas y servicios a través de sus divisiones eléctric a, hidráulica, aeroespacial, aeroespacial, transporte y automoción
División Divi sión eléctrica La división eléctr ica de Eaton es líder global en distribución, control y calidad de energía y en productos y servicios de automatización industrial, satisfaciendo las necesidades energéticas de los sectores residencial e industrial, instalaciones instalaciones públicas, empresas, comerc ios y fabricantes de maquinaria. Esta división incluye las marcas CutlerHammer ® , M oeller ® , M icro Innovation ® , Powerware ® , Holec ® , M EM ® , y Santak ® .
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