ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO POR AUTOTRANSFORMADOR

ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO POR AUTOTRANSFORMADOR

Se utiliza cuando la limitación de la corriente de arranque es importante.

Consiste en emplear un autotransformador conectado en estrella con la toma variable precisa para ir aplicando al motor tensiones cada vez más crecientes para conseguir un arranque que generalmente es con carga.

Se obtiene baja corriente de línea y bajas pérdidas en el momento del arranque.

Esta reduce la corriente del arranque evitando una sobrecarga en el circuito pero dejando al motor con un par suficiente para que alcance un adecuado par de arranque y aceleración.

Para hallar los parámetros de arranque aplicar:

           I arranq. compensado    =   Iarranque  x  K1            

           T arranq. compensado   =  Tarranque  x  K2

Dónde:

       K1  =  Factor de multiplicación de corriente.

       K2  =  Factor de multiplicación del par.

       I arranque es a plena tensión.

       T arranque es a plena tensión.

La tensión en la llave compensadora es reducida a través  de un autotransformador que normalmente cuenta con taps en 50, 65 y 80% de la tensión nominal que proporcionan un par y aceleración necesaria al conjunto motor-máquina.

EJEMPLO DE APLICACIÓN.

Sea un motor trifásico asíncrono de 60 HP, 1760 RPM,  60 Hz conectado a un circuito de 220 Voltios, 150 Amperios nominales siendo su corriente de arranque 1200 Amperios.

Utilizar un compensador de tres taps: 50, 65 y  80% Vnom.

Su I arranque es 1200 Amperios y a 220 Voltios.

A.- Solución empleando la figura  siguiente.

- Para una relación del 50%  (primer tap del autotrafo)

  K1  =  0.4  y  K2  =  0.17

  Iarr.comp.   =   1200  x  0.40   =   480   Amp.

  Tarr.comp.  =    17%   Tarranque

      

- Para una relación del  65%  (segundo tap del autotrafo)

  K1  =  0.55  y  K2  =  0.29

  Iarr.comp.    =    1200  x   0.55   =   660   Amp.

  Tarr.comp.  =     29%   Tarranque

B.- Solución empleando las ecuaciones (1) y (2).

Analizando numéricamente con las relaciones de los taps y características del torque de partida tenemos que:      

 Ilinea comp = (V.I) arr.comp./Vnominal        (1)

 Tarranque  ß  V²                                                       (2)            

La corriente en línea (durante el arranque), es igual al producto de la tensión de arranque a plena tensión y la corriente de arranque compensado dividido entre la tensión nominal de la red (1).

También se puede decir que el torque de partida (2), es proporcional al cuadrado de la tensión aplicada en los terminales del motor.

Para una relación del 50% Vnominal

Varr.comp. =  220. 0.50    =  110   Volt

Iarr.comp.  =    1200 .  0.50  =  600   Amp.

I en línea    =    110 . 600 / 220  =  300   Amp.

Tarr.comp. =    0.50.  0.50 =  0.25  Tarranque

  

Para una relación del 65% Vnominal

Varr.comp. =  220 .  0.65   =   143   Volt

Iarr.comp.  =  1200 .  0.55  =   660   Amp.

I en línea    =  143 . 660 / 220 =  429  Amp. 

Tarr.comp. =  0.65 . 0.65  =  0.42  Tarranque

Para una relación del 80% Vnominal

Varr.comp. =  220 .  0.80 = 176   Volt

Iarr.comp. =  1200 .  0.75 = 900   Amp.

I en línea =  176 . 900 / 220 = 720 Amp. 

Tarr.comp.= 0.8 . 0.80 = 0.64 Tarranque

Los valores antes calculados son siempre y cuando la máquina en cada uno de los taps parta del reposo, pero la máquina en cada tap ya encontrará una corriente y una velocidad en ese tiempo y por tanto las corrientes de línea (@), serán mucho menor.

Con este tipo de arranque se obtienen  características mucho más favorables comparadas con los demás tipos de arranque estudiados anteriormente.

Las ventajas de este tipo de arranque:

• El pico de tensión cuando se pasa de tensión reducida a tensión de la red debe ser bastante lo más pequeño posible, esto si la elección se ha efectuado satisfactoriamente, debido a que el autotransformador se ha convertido en una reactancia.

• La reducción de corriente es ajustada a la relación de los taps seleccionados del autotransformador.

• Se utiliza para el arranque de altas inercias como:

• Bombas, ventiladores y otras máquinas que demoran en tomar su velocidad nominal.

• Puede ser utilizado con cualquier tipo de máquina siempre que sus taps estén dimensionados en relación a la  tensión nominal del motor.

Las desventajas son las siguientes:

• Es mucho más cara que el arranque estrella-triángulo.

• La gran desventaja es la frecuencia de maniobras.

• La selección del autotrafo está en función de la frecuencia de maniobras.

• Debido al tamaño del autotransformador la construcción es voluminosa necesitándose paneles más grandes, lo que aumenta considerablemente el precio y el espacio.

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE POR  AUTOTRANSFORMADOR  DE  UN  MOTOR  TRIFASICO  425  CV   60 HZ   6  POLOS  4160  VOLTIOS 

CARACTERÍSTICAS  DE  ARRANQUE POR  AUTOTRANSFORMADOR  DE  UN MOTOR TRIFASICO DE 425 CV 60 HZ 6 POLOS 4160 VOLTIOS   

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR DE UN MOTOR TRIFASICO DE 425 CV 60 HZ 6 POLOS 4160  VOLTIOS

LIMITACIONES DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE

Siempre que sea posible, el arranque de un motor trifásico jaula de ardilla debe ser arrancado en directo, por medio de contactores u otro medio.            

                                                            

Las curvas de torque y corriente son fijas. Estas curvas son independientes de la dificultad que se puede presentar en el arranque.

En los casos en la que la corriente de arranque del motor es elevada pueden ocurrir las siguientes consecuencias perjudiciales:

• Gran caída de tensión en el sistema de alimentación de la red, provocando interferencia en los equipos que se encuentran instalados en el sistema.                            

• El sistema de protección, cables y contactores deben ser sobredimensionados, ocasionando altos costos. 

• La imposición de las empresas de energía eléctrica   (castigo) que limitan la caída de tensión de la red.

• En tal sentido, para evitar éstas desventajas es que se utilizan los arranques indirectos tales como los arranques por: Autotrafo, Y - D, etc.

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR DE UN MOTOR TRIFASICO DE 425 CV 60 HZ 6 POLOS 4160  VOLTIOS. CORRIENTE vs VELOCIDAD

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR DE UN MOTOR TRIFASICO DE 425 CV 60 HZ 6 POLOS 4160  VOLTIOS. TORQUE vs VELOCIDAD

VARIADORES DE VELOCIDAD (FRECUENCIA)

VARIADORES DE VELOCIDAD (FRECUENCIA)

TERMINOLOGÍA:

RPM:     Es la velocidad de la máquina en revoluciones por minuto.                                  

 V:          Es la tensión estatórica.                                                                                      

FP:         Es el factor de potencia.                                                                                            

S1:          Es el número total de ranuras del estator.                                                               

 Z1:         Es el número total de vueltas y/o espiras por ranura.                                                    

 HP:        Es la potencia desarrollada por la máquina  (Es la Potencia útil).                                          Fm:         Es el flujo de magnetización en Weber.                                                      

D:           Es el diámetro del estator  (m).                                                                     

L:            Longitud del paquete magnético estatórico en (m)                          

J:             Es la densidad de corriente eléctrica.                                               

Bm:        Es la densidad del flujo magnético.                                                 

 Kw:       Es el factor de bobinado.                                                                                      

A:           Es el área transversal que cruza el flujo magnético.                                                   

a:            Es el factor de conexión .                                                                                         

T:            Es el torque producido por la máquina.                                                                                     Wm:      Es la velocidad en Rad. / Seg.                                                                                 

I2 ‘:        Es la corriente rotórica de la máquina. (Amp.).

DISPOSITIVOS UTILIZADOS EN LOS VARIADORES

FUNCIONAMIENTO DE LOS REGULADORES

• Los convertidores de frecuencia funcionan según el principio de la sintetización de una onda sinusoidal por modulación de la longitud de impulsión (PWM).

• Son destinados al control y variación de velocidad de los motores de inducción trifásicos utilizados en los procesos  de manufactura e industriales.

ETAPAS DE UN REGULADOR DE VELOCIDAD

UTILIZACIÓN DE LOS REGULADORES DE VELOCIDAD

CICLO  AUTOMÁTICO DEL  PROCESO

Cualquier máquina o proceso que posea un régimen de trabajo cíclico, puede ser automatizado solamente con la utilización de ésta función incorporada en el SOFTWARE del convertidor. A partir de la programación por el usuario de las variables envueltas en cada etapa del proceso (tiempos, aceleraciones, desaceleraciones), el convertidor pasa a ejecutar fielmente y automáticamente el ciclo predefinido, garantizando total repetitividad de operación con elevada precisión y confiabilidad al proceso.

CURVA V / F AJUSTABLE

La alteración de la curva U / F padrón tiene por finalidad posibilitar el acondicionamiento de motores especiales con tensiones y frecuencias nominales diferentes de la frecuencia de la red. En estos casos, esta función permite al usuario desplazar la frecuencia BASE aquella en la cual el convertidor impone la tensión nominal al motor, para una nueva frecuencia arriba ó abajo de la frecuencia convencional. Ej. Motor especial con Vnom = 220 Volt. y Fnom. = 250 Hz.

RECHAZO DE FRECUENCIAS CRÍTICAS

                                    

Esta función permite al convertidor evitar la operación del motor en determinadas velocidades (frecuencias) críticas que puedan provocar resonancia en el sistema mecánico MOTOR - CARGA, causando vibraciones y ruidos indeseables. El SOFTWARE puede ser programado por el usuario hasta tres puntos de frecuencias críticas a ser evitadas, así como las bandas ideales en torno de cada frecuencia resonante de forma de no comprometer el desempeño del sistema mecánico

RAMPA  S    

                                                                       

Este recurso permite substituir las rampas convencionales de aceleración y desaceleración lineales por rampa tipo S las cuales imponen al motor y a la carga mayor suavidad en los instantes de partida, frenado y de aproximación a la velocidad ajustada, lo que posibilita evitar los choques mecánicos en el inicio y en el final de las rampas indeseables y hasta impracticables en algunas máquinas /procesos.

MULTI - SPEED  

                                                  

El motor puede ser accionado en hasta 08 velocidades programadas vía SOFTWARE por el usuario. Estas velocidades son comandadas a través de la combinación de tres entradas digitales en el convertidor las cuales pueden ser accionadas por cualquier tipo de actuadores externos tales como: Finales de carrera, fotoceldas, sensores de proximidad, relés y contactores auxiliares, llaves y botones selectores, etc.

REGULADOR  DE  VELOCIDAD

                                       

Es un recurso utilizado cuando se requiere alta precisión de la velocidad en el motor / carga, independiente de las variaciones de la carga, con las cuales el el proceso pue-de ser asociado. Para garantizar la precisión elevada, el convertidor controlará la velocidad del motor a través de un circuito en lazo cerrado y para tal precisa de una señal de realimentación de velocidad, la cual es obtenida de un transductor de velocidad ( taco - generador ) acoplado al eje del motor.

REGULADOR  PID  SUPERPUESTO

                                                                                              

Incorporado al software del convertidor este convertidor es destinado a las aplicaciones donde hay necesidad de controlar el proceso (Ej. Flujo, presión, nivel, temperatura, etc.), indirectamente por la variación de la velocidad del motor. Para esto, el convertidor deberá tener setpoint (programado por el usuario) y recibir una señal de realimentación del sensor de medición de la variable del proceso, formando de ésta forma un lazo cerrado.  

                                      

Este recurso elimina la utilización de un controlador PID externo para controlar el proceso, proporcionando así una economía adicional en los costos del sistema.

APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

DIAGRAMA DE FUERZA Y CONTROL

DIAGRAMAS DE CONEXIÓN

Determinación del calibre del variador   In variador  ³  In1 + In2  + …..  Inx.               

Para este caso proteger cada motor con un relé térmico. Si la compensación no es óptima ajustar eventualmente la curva  V / F.

POTENCIA  MOTOR   £   POTENCIA NOMINAL DEL VARIADOR                                           

La asociación es posible. 

                                                                                                    

La compensación al no ser óptima puede traducirse por una disminución del par permanente a baja velocidad. Ajustar eventualmente la curva  V / F.

POTENCIA  MOTOR  ³   POTENCIA NOMINAL DEL VARIADOR 

                              

Los puntos de corriente magnetizante limitan la asociación a la potencia del motor inmediatamente superior a la capacidad del variador de frecuencia. La compensación no es óptima.  Ajustar eventualmente la curva  V / F.                                                                          

La corriente absorbida debe permanecer inferior ó igual a la corriente nominal del variador.

CONDUCTORES ESPECIALES DE FUERZA

FILTROS DEL  SISTEMA (ATENUADORES DE RADIOPERTURBACIONES)

FUNCION . -  Los filtros de entrada tienen como finalidad limitar la propagación en la red de parásitos que pueden ser creados por el CF, los mismos que perturbarían a : TV, radio, telefonía ,etc. Así mismo los filtros entre CF y motor permite que las señales no deseables lleguen al motor. Estos filtros permiten a los variadores estar con las normas internacionales VDE 0875 en lo que corresponda a los límites de perturbaciones radio - eléctricas.

INSTALACIONES Y CONEXIONES.-                                                                                                  

ü  Montar el filtro próximo al variador  (distancia  £  15 cm.).

ü  Reunir las masas de los filtros y del variador y llevarlos a tierra. Las uniones deben ser lo más cortas posibles, de baja impedancia y la tierra de muy buena calidad.      

ü  Para limitar el efecto de radiación, torcer los conductores en la entrada y salida del filtro y utilizar preferentemente cables blindados (con blindaje a tierra).

UTILIZACIÓN DE REACTANCIAS EN VARIADOR DE VELOCIDAD

CONVERSOR DE FRENCUENCIA

Tabla de especificaciones 

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INTRODUCCIÓN DE VARIADORES DE VELOCIDAD O FRECUENCIA

INTRODUCCION DE VARIADORES DE VELOCIDAD O FRECUENCIA

Para entender mejor las aplicaciones, es necesario conocer los siguientes conceptos:

•  Par: es la FUERZA aplicada a un brazo
•  Potencia: expresa la velocidad con la que se transfiere un par, y se indica con C x n
•  Par de carga: es la FUERZA necesaria para acelerar una carga
•  Par del motor: es el par nominal que el motor puede desarrollar

La potencia es la capacidad de efectuar un trabajo la potencia es el producto del par por la velocidad

•  P = C x n
• Dónde: C = par; n = velocidad

Fórmula para calcular la velocidad sincrónica

§  RPM= (60 * F)/(Polos/2)

Dónde:

§                   60 : Representa los segundos en un minuto

§                   F   : Representa la frecuencia de salida

§                  Polos/2 : Número de pares polares

INVERSOR

El inversor es un dispositivo que transforma la corriente alterna en corriente continua que alimenta un puente de IGBT que, controlado de manera correcta, reproduce una corriente alterna controlando la frecuencia y la tensión.

FORMA DE ONDA DE SALIDA

Como el inversor reproduce la tensión de salida

CONTROL DEL MOTOR

Como el inversor controla el motor: el motor se puede controlar con par constante o con potencia constante.

POTENCIA Y PAR

La potencia aumenta proporcionalmente a la velocidad

La potencia aumenta si aumenta la velocidad.

La potencia aumenta proporcionalmente a la velocidad.

PAR Y VELOCIDAD

El par producido con control de inversor

¿Cómo es el par en función de la velocidad?

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO VECTOR FLUJO DE ESTATOR (VTC)

• El control digital procesa las medidas del motor, tensión y corriente, y calcula un valor llamado Vector de flujo de estator
•  El cálculo se efectúa periódicamente (cada 0,5 – 1 milisegundo) en los valores instantáneos
•  El vector de flujo se determina mediante una amplitud y una fase (ángulo), y gira con el tiempo como el campo rotatorio del motor

• El Vector de flujo de estator es elaborado aún más mediante una función matemática que, sobre la base de los parámetros de motor, determina la dirección a imponer al Vector de tensión a aplicar al motor adapto para producir el par deseado.
•  La programación del vector de tensión al motor implica el encendido, en caso de configuración apropiada, de los IGBT del convertidor de potencia según una técnica llamada “Space Vector Modulation”
•  De esta manera, se impone siempre el par deseado al motor, proveniente del regulador de velocidad o como punto de ajuste externo
•  Se puede tener todo el par del motor también si está parado

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