motores electricos by manuel perez

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUAS

Autores: Manuel Pérez Pedro Ortiz

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA La clasificaciรณn de este tipo de motores se realiza en funciรณn de los bobinados del inductor y del inducido: - Motores de excitaciรณn en serie. - Motores de excitaciรณn en paralelo. - Motores de excitaciรณn compuesta.

1.- Cรกncamo. 2.- Placa de identificaciรณn.

3.- Carcaza รณ armazรณn. 4.- Tapa del ventilador.

5.- Rotor. 6.- Eje.

7.- Caja de conexiones. 8.- Estator.

9.- Escudos รณ tapas. 10.- Arrollamientos. 11.- Rodamientos. 12.- Agujero de drenaje.

JAULA DE ARDILLA: Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). 4

Tipos: Monofásicos: - Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de campo. - Motor de arranque a condensador. Posee un capacitador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia. - Motor de marcha. - Motor de doble capacitor. - Motor de polos sombreados. Trifásicos: 5

ROTOR DEVANADO El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla. Monofásicos Trifásicos Motor universal Motor de devanado Motor de Inducción-Repulsión. Motor asíncrono Motor síncrono 8

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la 12

TIPOS DE MOTORES EN CORRIENTE CONTINUA: MOTOR DE EXCITACION SERIE : Es un tipo de motor eléctrico de C.C en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor. - La potencia es casi constante a cualquier velocidad. - Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz. 13

Motor Excitaci贸n serie

MOTOR DE EXCITACIÓN EN PARALELO El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.

Motor Excitaci贸n en paralelo

COMPONENTES PARA ARRANQUE DE UN MOTOR

DESIGNACION DE LOS DISPOSITIVOS  Marco normativo  Normas nacionales:

 CNE (Código nacional de electricidad)  Normas internacionales

 La IEC 947 (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION)  IEEE  NEMA

La IEC 947 es dividida en varios artículos como sigue:  947-1 Reglas generales.  947-2 Interruptores automáticos.  947-3 Interruptores, seccionadores

Interruptor -. seccionador y fusibles.  947-4 Contactores y arrancadores.  947-5 Equipos y elementos para circuitos de mando. (Sensores de proximidad, temperatura, etc.).

La IEC 947 es dividida en varios artículos como sigue:  947-6 Equipos de conexión a funciones múltiples. (Arrancador integral o transferencia automática).  947-7 Materiales accesorios (Bloques de

unión para conductores de cobre).

APARATOS DE PROTECCIÓN  CONTACTOR:

Contactores:

 Un contactor es un dispositivo mecánico de conexión

controlado por un electroimán con una operación tipo on/off.  El contactor cumple con la función de comando o

conmutación

 Ventajas:  Posibilidad de abrir y cerrar

grandes corrientes a través de un dispositivo de baja corriente.  Son resistentes y confiables puesto que no contienen elementos internos delicados.  Posibilidad de realizar varias maniobras. 22

RELÉ  El relé es un dispositivo mecánico capaz de

comandar cargas pesadas a partir de una pequeña tensión aplicada a su bobina.  Básicamente la bobina contenida en su interior genera un campo magnético que acciona el interruptor mecánico.  Permite así aislar mecánicamente la sección de potencia de la de control.

Algunos tipos de rele:  Relés térmicos:  Estos relés cumplen con la función de protección térmica del motor contra sobrecargas y van asociados a un contactor que es el que realiza la apertura del circuito de potencia.  Los rangos de corrientes nominales de los relés térmicos van desde 0.10A a 200 A aproximadamente.

 Los daños que se pueden presentar con

más frecuencia son: • El relé no dispara a la intensidad ajustada, puede haber falla en el mecanismo o el bimetal estar defectuoso. • Deficiencia en el sistema de rearme. • Los contactos de dispare (auxiliares del térmico) se han fundido o soldado.

 Relés electromagnéticos.  Sirven para la protección de

circuitos contra fuertes sobrecargas. La desconexión se efectuará instantáneamente.  Su funcionamiento está basado en la fuerzo

producido por un electroimán sobre una armadura metálica (similar a la del contactor). 27

 Relé electromagnético diferencial.  Es una modalidad del anterior. Se llama así

porque en realidad actúa en fun-ción de la diferencia de corrientes entre fases, lo cual se presentara siempre que existan derivaciones a tierra (fugas) en cualquiera de las fases.  La sensibilidad de estos dispositivos varía generalmente de 30 mA a 500 mA, según el grado de protección que se requiera.

INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS Los interruptores automáticos son aparatos destinados a establecer e interrumpir circuitos eléctricos, con la particularidad de que precisan una fuerza exterior que los conecte pero que se desconectan por sí mismos, sin deteriorarse, cuando el circuito en que se hallan presenta ciertas anomalías a las que son sensibles. Normalmente dichas anomalías son:

- Sobreintensidades. - Cortocircuito. - Sobretensiones o bajas tensiones.

- Descargas eléctricas a las personas. Los automáticos que reaccionan ante estas anomalías se denominan :

Térmicos, magnéticos, diferenciales. 29

INTERRUPTORES TÉRMICOS Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a la nominal, asegurando una desconexión en un tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a la red ni a los receptores asociados con él. Para provocar la desconexión, aprovechan la deformación de una lámina bimetálica, que se curva en función del calor producido por la corriente al pasar a través de ella.

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS Un interruptor termomagnético, o disyuntor termomagnético, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos Estos dispositivos operan generalmente para tensiones menores a 1,000 V. Se accionan mediante un switch que cambia la posición de abierto a cerrado y viceversa. Como su nombre lo indica, estos interruptores protegen los circuitos de manera tanto térmica como magnética: al presentarse una corriente mayor a la de diseño, los elementos internos del interruptor se dilatan hasta que el circuito se abre.

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS 1)Bobina magnética: Garantiza el disparo del interruptor en caso de cortocircuito, interviniendo dentro de los siguientes rangos: de 5 a 10 veces la corriente nominal (curva tipo C) de 10 a 20 veces la corriente nominal (curva tipD) 2)Bimetal: Garantiza el disparo del interruptor en caso de sobrecarga. 3)Cámara de arqueo: Disipa eficazmente el arco eléctrico que se genera en los contactos por la apertura del mecanismo De disparo, en presencia de una sobrecarga o cortocircuito.

INTERRUPTORES DIFERENCIALES Un interruptor diferencial exponencial, también llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos 34

INTERRUPTORES DIFERENCIALES  En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas,

colocadas en serie con los conductores de alimentación de corriente y que producen campos magnéticos opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede accionar unos contactos

INTERRUPTORES DIFERENCIALES

 El interruptor diferencial

complementa también a la puesta a tierra ya que brinda la protección contra los contactos directos de partes del cuerpo a partes energizadas de algún circuito. 36

PULSADORES Elemento que permite el paso o interrupción de la corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre él vuelve a su posición de reposo.  Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente abierto Na.  Consta del botón pulsador; una lámina conductora que establece contacto con los dos terminales al oprimir el botón y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición primitiva al cesar la presión sobre el botón pulsador. 37

PULSADORES Normalmente abierto. En su estado de reposo no deja pasar la corriente eléctrica. Lo hace cuando pulsamos.

Normalmente cerrado. En su posición de reposo permite el paso de la corriente eléctrica. Se interrumpe el paso cuando actuamos sobre él.

PULSADORES Pulsadores Marcha (start): color verde. perfil empotrado o con llave. función única en controles local / remoto. circuito normalmente abierto. Paro (stop): color rojo. perfil saliente. función múltiple en controles local / remoto. circuito normalmente cerrado. 39

TEMPORIZADOR  Un temporizador es un aparato mediante el cual,



   

podemos regular la conexión ó desconexión de un circuito eléctrico pasado un tiempo desde que se le dio dicha orden. El temporizador es un tipo de relé auxiliar, con la diferencia sobre estos, que sus contactos no cambian de posición instantáneamente. Los temporizadores se pueden clasificar en : Térmicos. Neumáticos. De motor síncrono Electrónicos.

TEMPORIZADORES TÉRMICOS.

 Los temporizadores térmicos actúan

por calentamiento de una lamina bimetálica el tiempo viene determinado por el curvado de la lamina.  Constan de un transformador cuyo primario se conecta a la red, pero el secundario, que tiene pocas espiras y esta conectado en serie con la lamina bimetálica, siempre tiene que estar en cortocircuito para producir el calentamiento de dicha lamina, por lo que cuando realiza la temporización se tiene que desconectar el primario y deje de funcionar.

TEMPORIZADORES ELECTRONICOS.  El principio básico de este tipo

de temporización, es la carga o descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos, siempre que su resistencia de aislamiento sea mayor que la resistencia de descarga : en caso contrario el condensador se descargaría a través de su insuficiente resistencia de aislamiento.

FUSIBLES

Se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.

FUSIBLES

 Se pueden montar de dos

maneras: en unos soportes específicos llamados portafusibles  en los seccionadores, en lugar de los casquillos o las barretas.

FUSIBLES

   

Tipos de fusible por su forma De cuchilla Cilíndricos Cartucho

FUSIBLES  Clasificación

Primera letra:  g : actúan en todo el campo de corrientes  a : actúan sólo en una parte del campo de corrientes Segunda letra:  G : uso general  M : protección de motores

TIPOS DE ARRANQUES DE MOTOR

TIPOS DE ARRANQUES DE UN MOTORES 48

TIPOS DE ARRANQUE: ARRANQUE DIRECTO ARRANQUE ESTRELLA Y TRIÁNGULO ARRANQUE WAUCHOPE ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR ARRANQUE CON RESISTENCIAS ESTATÓRICAS ARRANQUE POR VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR ARRANQUE DE MOTORES ASINCRÓNICOS CON ROTOR EN JAULA POR DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 49

COMPARACION ENTRE LOS DIVERSOS SISTEMAS DE ARRANQUE Arranque Arranque Arranque Arranque Directo Park Estrella Estatorico Winding Triangulo

Arranque Por Autotransfo.

Arranque Arranque Rotorico Soft starter

Corriente de Arranque

4-8 In

2-4 In

1,3-2-6 In

4,5 In

1,7 – 4 In

Mayor a 2,5 In

Par de Arranque

0,6 –1,5 Cn

0,3-0,75 Cn

0,2-0,5 Cn

0,6-0,85 Cn

0,4-0-,85 Cn

Mayor a 2,65 Cn

Tiempo de Arranque

2-3- Seg

3-6 Seg

3-7 Seg

7- 12 Seg

7-12 Seg

Regulable 0,1-0,7 Cn

Regulable 1-60 Seg 50

ARRANQUE DIRECTO

ARRANQUE ESTRELLA Y TRIÁNGULO

CONEXIONES EN LA CAJA DE BORNAS

ESTE MÉTODO PRESENTA LOS SIGUIENTES INCONVENIENTES: • La cupla de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar máquinas con mucho momento de inercia. • El motor se deja de alimentar durante el cambio de la conexión de estrella a triángulo en los devanados del estator. • Aumenta el tiempo de arranque.

ARRANCADORES ESTRELLA-TRIÁNGULO

ARRANQUE ESTRELLA- TRIANGULO

ESQUEMA DE MANIOBRA

ESQUEMA DE POTENCIA

ARRANQUE WAUCHOPE. El arranque wauchope es una modificación del arranque estrella - triángulo. Introduce una resistencia al cambiar de la posición estrella a la de triángulo, evitando los picos de corriente. Además de no desconectar el motor de la línea durante la conmutación, proporciona un impulso adicional de aceleración.

ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR Este tipo de arranque mejora al arranque con resistencias estatóricas, al tener un mejor par y no existir pérdidas por la disipación de calor en las resistencias. Sin embargo, presenta un inconveniente, el precio, pues resulta más económico el arranque por resistencias estatóricas. Se emplea el arranque por autotransformador en motores de gran potencia, y como siempre, con la intención de reducir la intensidad absorbida en el momento de arranque.

ESQUEMA DE POTENCIA

ESQUEMA DE MANIOBRA

ARRANQUE CON RESISTENCIAS ESTATÓRICAS Este tipo de arranque se utiliza para reducir la intensidad de arranque. El funcionamiento es similar al anterior expuesto. Es decir, en una primera instancia, entran en funcionamiento las resistencias y en una segunda instancia, el motor es alimentado directamente. Para este proceso se utiliza dos contactores y un temporizador.

Las particularidades más interesantes son que las resistencias tienen un número limitado de arranques cada X tiempo, que debe ser señalado por el propio fabricante. La ventaja que tiene este tipo de arranque, es que no hay una caída de tensión, algo que si sucede con el arranque estrella-triángulo. Se utiliza en motores que deben accionar máquinas con un par bajo en su arranque. 62

ESQUEMA DE POTENCIA

ESQUEMA DE MANIOBRA

ARRANQUE POR VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR Este método de arranque sólo se puede aplicar a motores de rotor devanado. Como se comprueba fácilmente, al introducir una resistencia adicional en el devanado del rotor, se disminuye la corriente de arranque con relación a la corriente absorbida por el método de arranque directo.

Estos arrancadores ofrecen selección de parada suave, evitando por ejemplo, los dañinos golpes de ariete en las cañerías durante la parada de las bombas; y detención por inyección de corriente continua para la parada más rápida de las masas en movimiento.  Además poseen protecciones por asimetría, contra

sobretemperatura y sobrecarga, contra falla de tiristores, vigilancia del tiempo de arranque con limitación de la corriente, control de servicio con inversión de marcha, optimización del factor de potencia a carga parcial, maximizando el ahorro de energía durante el proceso y permiten un ahorro en el mantenimiento por ausencia de partes en movimiento que sufran desgastes 66

ESQUEMA DE POTENCIA

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRÓNICOS CON ROTOR EN JAULA POR DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Los arrancadores electrónicos son una mejor solución que los autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida útil de todas las partes involucradas.

Los mismos consisten básicamente en un convertidor estático alterna-continua-alterna ó alterna-alterna, generalmente de tiristores, que permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. En algunos modelos también se varía la frecuencia aplicada 68

SIMULACION DEL ARRANQUE ESTRELLA Y TRIÁNGULO DIAGRAMA DE CONTROL O ESQUEMA DE MANIOBRA MEDIANTE EL USO DE PLC OMRON: Mediante es uso del PLC OMRON – CPM2A y el software CX ONE PROGRAMMER logramos programar el esquema de control del arranque estrella – triangulo, con un lenguaje LADDER; de la siguiente manera:

 Contactor abierto: botón  Contactor cerrado: botón  Contactor de salida o bobina: botón

 Contactor de salida normalmente cerrado: botón .  Para añadir extensiones:

Luego de creado el esquema se lleva a la compilación, que realiza un chequeo automático para detectar posibles errores.

Por último se lleva a la transferencia el programa al autómata, de la siguiente manera: 1. Salvar el programa. 2. Realizar la conexión física entre el PC y el autómata. En nuestro caso por puerto serie. 3. Activar la conexión del CX-P con el autómata pulsando el botón (trabajo on-line). 4. Seleccionar el programa en el “área de proyecto” 5. Poner el autómata en modo Programación pulsando en botón . 6. Pulsar el botón de Transferir al PLC . En el cuadro “Opciones de descarga” seleccionar la opción “Programas” y pulsar aceptar. 71

ESQUEMA DE MANIOBRA MEDIANTE EL USO DE PLC TELEMECANIQUE: Mediante el programa del PLC TELEMECANIQUE, ZELIO SOFT, podemos hacer una simulación en el lenguaje BDF del tipo de arranque elegido; en este caso un ARRANQUE ESTRELLA Y TRIÁNGULO.

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO 75

DESCRIPCION GENERAL DE LAS FUNCIONES  Seccionamiento

 Interrupción  Protección contra corto circuito  Protección contra sobrecargas  Conmutación

MISION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION  Proteger físicamente al personal técnico.

 Prevenir ó atenuar los daños al conjunto de

equipos.  Minimizar el tiempo de indisponibilidad de los equipos y las interrupciones a los sistema servidos.  Minimizar el efecto de las perturbaciones sobre el resto de la red. 77

MISION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION  Aísla rápidamente los elementos fallados

evitando la pérdida de la estabilidad del sistema eléctrico.  - Utilización de equipos adecuados para que el sistema trabaje bien y por ende tengamos una energía de alta calidad.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION  Fiabilidad

 Rapidez  Selectividad  Sensibilidad  Estabilidad  Simplicidad

TIPOS DE COORDINACION SEGÚN LA NORMA IEC 947 - 4

COORDINACION DE TIPO I

COORDINACION DE TIPO I  Ningún peligro para las personas y para las instalaciones.  Ningún componente aparte del contactor y del relé de sobrecarga puede dañarse.  El aislamiento debe conservarse después de

la falla.  Antes de poner en servicio nuevamente, puede ser necesaria la reparación del contactor y/o substitución o calibración del relé de sobrecarga. 82

COORDINACION DE TIPO II

COORDINACION DE TIPO II  Ningún peligro para las personas y para las

instalaciones.  No es permitido ningún daño ó desajuste del contactor; es admitido el riesgo que los contactos del contactor se peguen, siempre y cuando éstos puedan separarse fácilmente.  El aislamiento debe conservarse después de la falla.

COORDINACION TOTAL

COORDINACION TOTAL  Ningún peligro para las personas y para las

instalaciones.  No se permite ningún daño o soldadura en los componentes del sistema de arranque  Se puede poner en servicio nuevamente sin precauciones particulares.  Mantenimiento reducido y rápida puesta en servicio después de la falla. 86

SELECCIÓN DE DISPOSITIPOS SEGÚN EL TIPO DE ARRANQUE

Para un arranque estrella â&#x20AC;&#x201C; triangulo:

¿PORQUE ES NECESARIO LA DESIGNACIÓN DE LOS COMPONENTES? Porque esto me genera:  Un correcto arranque.  Mejora de los arranques.  Creación de más tipos de arranques.

 Un mejor uso del motor.  Protecciones del motor.  Rapidez del proceso de control.