Document1CONTROL DE MOTORES ELCTRICOSPor: Jorge Antonio Polana PuentesContenido1.TIPOS DE MOTORES ............................................................................................. 41.1EL MOTOR ELEMENTAL................................................................................... 41.2 EL MOTOR DC..................................................................................................... 51.3 TIPOS DE MOTORES DC.................................................................................. 71.3.1MOTOR SHUNT O PARALELO................................................................ . 71.3.2MOTOR SERIE ............................................................................................ 111.3.3MOTOR COMPOUND.............................................................................. 131.4MOTOR PASO A PASO.................................................................................... 141.4.1FUNCIONAMIENTO................................................................................. 151.4.2.MODOS DE OPERACIN......................................................................... 181.5EL MOTOR DE IMN PERMANENTE........................................................... 191.5.1DE NCLEO DE HIERRO........................................................................ 191.5.2DE DEVANADO SUPERFICIAL.............................................................. 201.5.3DE BOBINA MVIL.................................................................................. 211.6EL MOTOR MONOFSICO ............................................................................. 211.6.1MOTOR MONOFSICO DE INDUCCION............................................ 221.6.2.MOTOR MONOFSICO DE REPULSIN ............................................. 291.7EL MOTOR UNIVERSAL ................................................................................ 311.8EL MOTOR TRIFSICO ASNCRONO ......................................................... 321.8.1MOTOR EN JAULA DE ARDILLA......................................................... 331.8.3.MOTOR CON ROTOR BOBINADO......................................................... 361.9MOTOR TRIFSICO SINCRNICO............................................................... 372.CONTROL DE MOTORES...................................................................................... 392.1CARACTERSTICAS DE UN MOTOR............................................................. 392.1.1PLACA CARACTERSTICA..................................................................... 392.2INVERSIN DE GIRO.................................................................................... 4022.3ARRANQUE DE UN MOTOR ....................................................................... 412.3.1CARACTERSTICAS DE ARRANQUE ................................................... 422.3.2CURVAS CARACTERSTICAS ................................................................ 432.4 CONTROL CON CONTACTORES ................................................................... 452.4.1ARRANQUE Y PARADA........................................................................ 462.4.2ARRANCADORES MANUALES............................................................... 472.4.3ARRANCADORES MAGNETICOS........................................................ 472.4.4RELEVADORES Y CONTACTORES...................................................... 482.4.5ESTACIONES DE BOTONES .................................................................. 482.4.6CONTROL DE DOS ALAMBRES .......................................................... 482.4.7CONTROL DE TRES ALAMBRES ......................................................... 492.4.8ESTACIONES DE BOTONES MLTIPLES.............................................. 502.4.9ARRANCADOR REVERSIBLE............................................................... 502.4.10ARRANCADORES ESTRELLA-TRINGULO...................................... 512.4.11ARRANCADORES DE RESISTENCIAS............................................... 522.5.INSTALACIN DE MOTORES .................................................................... 532.5.1ELECCIN DE FUSIBLES ....................................................................... 532.5.2ELECCIN DEL CONTACTOR.............................................................. 542.5.3ELECCIN DE CONDUCTORES........................................................... 542.5.4ELECCIN DEL CONDUIT .................................................................... 542.5.5ELECCION DEL INTERRUPTOR DE SEGURIDAD............................ 553.CONTROLES ELECTRNICOS............................................................................. 553.1.USO DE DRIVERS............................................................................................. 553.2EL SEMICONVERTIDOR................................................................................ 583.3 EL CICLOCONVERSOR ................................................................................... 613.4 EL TACO-GENERADOR................................................................................. 663.5CONTROL POR PWM.................................................................................... 673.6CONVERTIDOR DE F-V................................................................................. 683.7TACMETRO DIGITAL.................................................................................... 704.CONTROL EN LAZO ABIERTO............................................................................ 734.1MOTOR DC POR PWM.................................................................................... 734.2MOTOR AC POR FRECUENCIA ..................................................................... 7534.3 CONTROL DE UN MOTOR PAP..................................................................... 774.4MOTOR AC CON TACMETRO................................................................ . 795.SIMULACIN DE MOTORES................................................................................ 825.1INTRODUCCIN .............................................................................................. 825.1.1TRANSFORMADOR MONOFSICO..................................................... 825.1.2TRANSFORMADOR TRIFSICO............................................................. 84CONEXIN ESTRELLA........................................................................................ 85CONEXIN DELTA .............................................................................................. 865.2MQUINAS ELCTRICAS.............................................................................. 875.2.1PARMETROS .......................................................................................... 875.3EL GENERADOR SHUNT............................................................................. 915.3.1ECUACIONES DINMICAS .................................................................. 915.3.2SIMULACIN............................................................................................ 925.4EL MOTOR SHUNT.......................................................................................... 975.4.1ECUACIONES DINMICAS ................................................................ . 975.4.2SIMULACIN............................................................................................ 995.5MTODOS DE FRENADO........................................................................... 1025.5.1ECUACIONES DINMICAS ................................................................ . 1025.5.2SIMULACIN.......................................................................................... 1035.6MOTOR UNIVERSAL ................................................................................. 1055.6.1ECUACIONES DINMICAS .................................................................. 1055.6.2SIMULACIN........................................................................................... 1065.7MOTOR MONOFSICO ............................................................................. 1105.7.1ECUACIONES BSICAS......................................................................... 1115.7.2ECUACIONES EN ESTADO ESTACIONARIO .................................... 1135.7.3SIMULACIN........................................................................................... 1155.8MOTOR TRIFSICO....................................................................................... 1245.8.1CIRCUITO EQUIVALENTE ...................................................................... 1245.8.2ECUACIONES BASE.......................................................................... 1255.8.3ECUACIONES DINMICAS ................................................................ 1265.8.4SIMULACIN........................................................................................... 12741.TIPOS DE MOTORES1.1EL MOTOR ELEMENTALEl motor elctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir queconvierte la energa elctrica en energa motriz. Todos los motores disponende un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz detransmitir el movimiento creado por el motor.Un motor elctrico elemental dc de 2 polos tiene las siguientes partes :Una armadura o rotor.Un conmutador.Escobillas.Un eje.Un Imn de campo.Una fuente de poder DC de algn tipo.El funcionamiento de un motor se basa en la accin de campos magnticosopuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en direccin opuesta alestator (imn externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio desoportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida ser lonico que gire. 51.2EL MOTOR DCPara cambiar la direccin de giro en un motor de Corriente Continua tan solotenemos que invertir la polaridad de la alimentacin del motor.Para modificar su velocidad podemos variar su tensin de alimentacin conlo que el motor perder velocidad, pero tambin perder par de giro (fuerza)o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuitomodulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas omenos potencia segn el motor utilizado.Si se aplica un voltaje en los bornes de un motor de c.c. circula por losconductores del inducido una corriente que al estar en un campo magnticose produce una fuerza que hace girar los conductores y por lo tanto alinducido, la fuerza ejercida sobre un conductor es proporcional al campomagntico y a la corriente, por lo tanto, el momento del par, llamado "parmotor" se puede expresar como sigue:Par motor = K3 IaDonde Iaes la corriente del inducido.Al girar los conductores con el inducido, cortan lneas de fuerza y en elarrollamiento se induce una fem que se opone al voltaje aplicado en los6bornes. Por esta razn, la fem inducida en un motor se llama "fuerza contraelectromotriz" f.c.e.m. la corriente en el inducido es igual a:Ia =(Ea - Eb)/Raentonces Ea = Eb + IaRaDonde:Eb = f.c.e.m.Ea = voltaje aplicadoIa = corriente en el inducidoRa = Resistencia del inducido y escobillas.El colector desempea un papel muy importante en el funcionamiento de unmotor de c.c. y consiste en invertir el sentido de la corriente en la espira enel instante en que estn enfrentados los polos de nombre contrario. Estohace que se invierta la polaridad del campo, con lo que hay repulsin enlugar de atraccin, y la espira contina girando. En la figura A, se observaque el polo N del campo principal repele al polo N del campo del inducido.Al completar media revolucin, figura B, el colector invierte la corriente en elinducido, por lo tanto el sentido del campo del inducido se invierte. Estainversin hace que el polo S del campo principal y del inducido se repelende nuevo y contine as la rotacin.FIGURA AFIGURA BEn un inducido de varias espiras, se mantiene sobre l un par motoruniforme y continuo. Como las espiras estn prximas entre s, el camporesultante producido por le inducido permanece en la misma posicin,resultando por tanto en "campo magntico estacionario".Teora de funcionamiento.La potencia absorbida de la red por un motorvara automticamente, para acomodarse a la carga mecnica. Inicialmentecuando el motor parte del reposo, el inducido tendr una corriente de Ia =Ea / Ra, debido a que la fcem Eb = 0. Cuando el motor aumenta la velocidad,7la fcem = Eb aumentar tambin, por lo tanto, Ia = ( Ea - Eb) / Ra disminuye.El motor dejar de acelerar cuando la corriente haya descendido hasta unvalor tal, que el par motor sea igual a la suma del par de rozamiento y delpar de frenado ocasionado por la carga mecnica. Si la carga mecnicaaumenta. La velocidad disminuye, la fcem tambin disminuye y la Iaaumenta. Al aumentar la corriente, aumenta el par motor .La velocidad del motor dejar de disminuir cuando el par motor se hagaigual al par resistente. Si disminuye la carga, la velocidad aumenta, la fcemaumenta, la corriente Ia disminuye y el par motor disminuye. El motor dejarde acelerar cuando el par motor y resistente se igualen.ECUACIONES DEL MOTOR DE CC.Par motor = K3 Iahp = 2x par motor x rpm/33000Fem = K3 rpm.1hp = 746wK y 3 son constantes que dependen de la construccin y del sistema deunidad adoptado.1.3TIPOS DE MOTORES DC1.3.1MOTOR SHUNT O PARALELOPara el motor shunt de la figura, tenemos:If = Ea/RfIa = (Ea - Eb)/Ra.8Inicialmente la fcem es cero, debido a que el inducido est en reposo, por lotanto, la Ia = Ea / Ra que es de un valor elevado. Como la corriente eselevada, entonces el par motor tambin lo es, ya que par = K3 Ia.Esto hace que aumente la velocidad, por consiguiente Eb aumenta. Alaumentar Eb disminuye el par motor que se hace constante cuando el motoradquiere finalmente una velocidad constante.Si se impidiese el giro del inducido, la corriente de arranque sera muyintensa, continuara circulando y quemara el inducido en poco tiempo. En laprctica los motores se protegen generalmente con fusibles que, al fundirse,abren el circuito antes de que se queme el inducido.Como la corriente de arranque es elevada (varias veces el valor de lacorriente nominal de carga) es necesario intercalar una resistencia Rs enserie para disminuir la corriente de arranque.Esta resistencia se suprime paulatinamente cuando el motor adquierevelocidad. La fig 4.2. representa la corriente con y sin el restato dearranque.CURVAS CARACTERSTICASLas curvas caractersticas de un motor indican como varan el par motor y lavelocidad con la corriente en el inducido, siendo constante el voltajeaplicado.Par motor = K3IaComo Ea = constante, entonces, If es tambin constante, por lo tanto, el flujopar polo tambin lo es.9Par motor = K3 Ia = K x constante x Ia = K Ia, que representa la ecuacin deuna recta que pasa por el origen.Fem = Eb = K 3 rpmrpm = (Ea - IaRa) / KRpm = constante x (Ea - Ia Ra)Como la resistencia Ra es pequea el valor Ia Ra es pequeo comparado conEa, por lo tanto, al aumentar la corriente, disminuye muy poco la velocidad.Por lo tanto el motor shunt es un motor de velocidad constante.CONTROL DE VELOCIDADAunque el motor shunt es de velocidad constante, su caracterstica msimportante, es la de ser un motor de velocidad regulable.Utilizando la ecuacin de la velocidad, tenemos:Rpm = (Ea - Ia Ra) / K3La velocidad se puede aumentar, disminuyendo el flujo por polo (3) . Paraesto, es necesario colocar un restato en el circuito de campo, tal como seindica en la figura. 10Intercalando un restato en el circuito del inducido podemos disminuir lavelocidad nominal.Esto es debido a que al aumentar la resistencia en elcircuito en el inducido el voltaje Ea disminuye.INVERSIN DE GIROEl sentido de rotacin de un motor shunt se puede invertir, cambiando ladireccin de la corriente, ya sea en el circuito de campo o en el circuito delinducido.Parada del motor.Para parar el motor se introducen todas las resistencias del restato dearranque antes de cortar la corriente.Propiedades-Par de arranque dbil-No soportan grandes sobrecargas.-Velocidad constante cualquiera sea la carga .-No se disparan en vaco.UtilizacinLa velocidad constante de estos motores los hace adecuados para elaccionamiento de mquinas - herramientas (tornos, taladros) y aparatos deelevacin.111.3.2MOTOR SERIEEl motor serie se conecta a la red como se indica en la figura.El voltajeaplicado Ea es constante, mientras que el campo de excitacin aumenta conla carga, puesto que la corriente Ia es la misma corriente de excitacin.El par producido K3 Ia es directamente proporcional al flujo y a lacorriente en el inducido. Como eltambin aumenta con Ia, entonces, elpar motor es directamente proporcional al cuadrado de Ia, por lo tanto, sucurva ser parablica.Arranque del motor:Como en el caso del motor shunt se debe intercalar un restato de arranqueen serie con el inducido. Esta resistencia se reduce gradualmente cuando elmotor adquiere velocidad.Caractersticas de carga 12Las curvas caractersticas se pueden obtener a partir de las frmulasfundamentales:Par motor = K3 Ia = K Ia^2,debido a que 3 = K IaRpm = (Ea - Ia Ra)/ K3 = K (Ea - Ia Ra) / Ia,o sea, que al aumentar la corriente, disminuye la velocidad, y su curva develocidad, se observa que para cargas ligeras, la velocidad se hacepeligrosamente elevada, y por esta razn un motor serie ha de estar siempreengranado o acoplado directamente a la carga. Si un motor serie estuvieraunido a la carga mediante una correa y sta se rompiese o soltase, el motorse embalara y probablemente se daara.Inversin del sentido de rotacin:La rotacin se puede invertir cambiando la direccin de la corriente, ya seadel campo en serie o del inducido.Parada del motor:Para parar un motor serie, es preciso introducir progresivamente lasresistencias del restato de arranque y cortar luego la alimentacin, paraevitarunafuertecorrientederupturaqueserapeligrosaparalosarrollamientos.Control de velocidad:La velocidad se puede variar, cambiando el voltaje aplicado Ea, colocandoun restato en serie con la bobina de campo. De esta manera se disminuyela velocidad. Se puede aumentar la velocidad, disminuyendo el flujo porpolo.Esto se puede realizar, colocando un restato en paralelo con labobina de campo, de modo que la corriente total Ia solo se permita circularuna parte por la bobina de excitacin.13Propiedades:-Gran par de arranque.-Velocidad variable con la carga.-Tendencia al aceleramiento excesivo.-Soporta bien las sobrecargas.-Se dispara fcilmente en vaco o cuando la carga decrece.UtilizacinSe usa en los aparatos de elevacin: Montacargas, ascensores, gras,frenos elctricos.1.3.3MOTOR COMPOUNDComparando las ventajas de los motores serie y shunt se encuentra que:1)El motor shunt tiene una velocidad ms constante, pero2)Un motor serie del mismo rgimen de capacidad puede ejercer un parmucho mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terriblemente lacorriente.Estas dos caractersticas pueden obtenerse en un mismo motor colocandodos bobinados de campo: Uno en serie y otro shunt, en los polos del motor,y que se llamar motor compound. Las caractersticas de velocidad y parmotor para un motor compound se dan en la siguiente figura.14La velocidad de un motor compound se puede disminuir por debajo de lanormal por medio de un restato colocado en el circuito del inducido yaumentarse por encima de la normal mediante un restato en el circuito decampo.A diferencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidaddefinida sin carga y no alcanzar velocidades destructivas si sta sesuprime.La regulacin de la velocidad es inferior a la de un motor shunt y mayor a lade uno serie. La rotacin se invierte cambiando la direccin de la corrientedel circuito de campo o del circuito del inducido. Puesto que si se invierte elcampo shunt se debe invertir el serie, el procedimiento ms sencillo esinvertir la corriente en el inducido.Si las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound sepermutan para invertir el sentido de circulacin de corriente en el mismo, lasbobinas serie se opondrn al flujo y este decrecer, en lugar de crecercuando aumente la carga. Esto obligar al motor a acelerar, en lugar dedecrecer cuando aumenta la carga. Este motor se conoce con el nombre de"motor compound diferencial".1.4MOTOR PASO A PASOLos motores paso a paso (PAP), son un tipo especial de motores quepermiten el avance de su eje en ngulos muy precisos y por pasos en lasdos posibles direcciones de movimiento, izquierda o derecha. Aplicando a15ellos una determinada secuencia de seales digitales, avanzan por pasoshacia un lado u otro y se detienen exactamente en una determinadaposicin.Cada paso tiene un ngulo muy preciso determinado por la construccin delmotor, lo que permite realizar movimientos exactos sin necesidad de unsistema de control por lazo cerrado.A un motor paso a paso se le puede ordenar por medio del control, queavance cinco o diez pasos hacia la derecha, luego un determinado nmerode pasos hacia atrs o simplemente que no gire, lo cual permite el control deposicin, velocidad, y sentido (direccin).Estesistemaasimplificadoenormementelaimplementacindeautomatismos y las aplicaciones de la robtica.Los motores paso a paso presentan grandes ventajas con respecto a lautilizacin de servomotores debido a que se pueden manejar digitalmentesin realimentacin, su velocidad se puede controlar fcilmente, tiene unalarga vida, son de bajo costo, la interfase es sencilla y su mantenimiento esmnimo debido a que no tienen escobillas.1.4.1FUNCIONAMIENTOEl funcionamiento de los motores paso a paso se basa en el simple principiode atraccin y repulsin que ocurre entre los polos magnticos. Como yasabemos un imn tiene dos polos llamados Norte y Sur.El principio bsico del magnetismo establece que polos iguales se repelen ypolos diferentes se atraen.Para lograr un movimiento mucho ms suave, los motores paso a paso sefabrican aumentando el nmero de polos del estator y se les practican unaserie de ranuras tanto en el rotor como en el estator. As se logranmovimientos que van hasta 1.8 por paso. Los grados de avance por pasoson una de las caractersticas ms importantes en este tipo de motores ygeneralmente est indicada en su carcaza o cuerpo.Existen diferentes tipos de motores de pasos, de los cuales se utilizara yveremos el funcionamiento de uno ellos, el Motor de Magneto Permanente.En la figura, se muestra un diagrama del Motor paso a paso de MagnetoPermanente, el cual estconstruidodeunrotorqueincluyepolosmagnticos de polaridad contraria colocados uno junto al otro. El estatorcontiene bobinas alineadas de tal forma que sus energizacin secuencial16provoca que el rotor se desplace a las posiciones de mnima reluctanciamagntica.El nmero de pasos vara segn sea la aplicacin. Existen en el mercadodesde 0.1 a 120 grados. Los ngulos ms comunes son de 1.8, 2.0, 2.5, 5.0,15y 30 grados, que respectivamente dan 200, 180, 144, 72, 24 y 12pasos/revolucin. Estos motores son alimentados con fuentes de corrientedirecta y manejados con circuitos digitales.17En la figura anterior se presenta el principio de funcionamiento. La bobina A-$ VH HQHUJL]D KDFLHQGR FLUFXODU OD FRUULHQWH GH $ KDFLD $ SRU OR Fual el poloinferior se polariza positivamente, atrayendo al polo sur del rotor (parteinferior del rotor), y el superior negativamente el cual atrae, al polo norte delrotor, (parte superior del rotor), de tal manera que se realiza el primer paso .Para que realice un segundo paso en el mismo sentido consideremos, ahora,la desactivacin de la bobina A-$ \ OD DFWLYDFLyQ GH ODV bobinas B-%, alcircular la corriente la bobina B polariza negativamente lo que atrae al polopositivo del rotor (N) y la bobinD % VH SRODUL]D SRVLWLYDPHQWH DWUD\HQGR DOpolo negativo (S) del rotor. Esto hace que gire un otro paso.Para que gire un tercer paso, se desenergizan las bobinas B-% \ DKRUDvolvemos a activar las bobinas A-$ SHUR DKRUD KDFLHQGR FLUFXODU ODcorrientH GH $ KDFLD $ SRU OR FXDO HO SROR VXSHULRU VH SRODUL]D SRVLWLYDPHQWHatrayendo al polo sur del rotor (parte inferior del rotor), y el inferiornegativamente, el cual atrae, al polo norte del rotor (parte superior del rotor).Siguiendo con un cuarto paso en el mismo sentido, sea la bobina B-% DKRUDDOLPHQWDGD HQ VHQWLGR FRQWUDULR HV GHFLU KDFLHQGR FLUFXODU OD FRUULHQWH GH %hacia B, con la bobina A-$ GHVDFWLYDGD (O SROR GH OD GHUHFKD VH SRODUL]Dpositivamente atrayendo al polo sur del rotor (parte inferior del rotor), y el dela izquierda negativamente, el cual atrae, al polo norte del rotor, (partesuperior del rotor).18Por ltimo para completar el ciclo, volvamos a conectar las cuatro bobinascomo al inicio por lo cual el rotor girar un cuarto de paso. Si el ciclo sevuelve repetitivo podremos observar el movimiento del rotor en sentido delasmanecillasdel reloj.Lavelocidaddependerdelaactivacinydesactivacin de las bobinas. Como podemos observar 4 pasos fueronnecesarios para que el motor girara 90 grados de su posicin original, siquisiramos que el motor girara una vuelta completa tendramos que darle12pasos, es decir repetir el ciclo 4 veces.De aqu se observa que, el nmero de pasos de un motor est condicionadoal nmero de polos del imn permanente (rotor), o bien al nmero debobinas, (estator). Por ejemplo, para un motor de 2 bobinas y 200 pasos serequiere que el rotor tenga 50 polos.1.4.2.MODOS DE OPERACINLos motores PAP tanto unipolares como bipolares pueden trabajar en dosmodos de operacin : de paso completo y de medio paso.En el primer caso, con cada secuencia el rotor gira un determinado ngulodado por la fabricacin del motor. En el modo de medio paso, cadasecuencia produce un giro en grados correspondiente a la mitad de su pasonormal. En las siguientes tablas podemos observar la secuencia de sealesque se deben aplicar al motor en cada caso.PASO COMPLETOUn motor de 200 pasos tiene esta secuencia :T3T2T1T0 000 1 00 10 0 100 1000 000 1 00 10 0 100 1000 19MEDIO PASOEl motor recorre 400 pasos con esta secuencia :T3T2T1T0 000 1 00 11 0 010 0110 010 0 11 00 1 000 1001 1.5EL MOTOR DE IMN PERMANENTEEn general el campo magntico de un motor de cd se puede producir porbobinas o imanes permanentes. Los motores de cd de imn permanente sepueden clasificar de acuerdo con el esquema de conmutacin y al diseo dela armadura. Los motores de cd convencionales tienen escobillas mecnicasy conmutadores. Sin embargo, en una clase importante de motores de cd laconmutacin se hace en forma electrnica; este tipo de motor se llamamotor de cd sin escobillas.De acuerdo con la construccin de la armadura, el motor de cd de imnpermanente tiene tres tipos de diseo de armadura :1.de ncleo de hierro2.de devanado superficial3.de bobina mvil.1.5.1DE NCLEO DE HIERROLa configuracin del rotor y estator de un motor de cd de imn permanentede ncleo de hierro se muestra en la Fig. (5). El material del imn permanentepuede ser bario-ferrita, Alnico, o un compuesto de tierras raras . El flujo20magntico producido por el imn pasa a travs de la estructura del rotorlaminadoquetieneranuras. Losconductoresdelaarmaduraestnlocalizados en las ranuras del rotor. Este tipo de motor est caracterizadopor una inercia del motor relativamente alta (ya que la parte giratoria estformada por las bobinas de la armadura), una inductancia alta, bajo costo yalta confiabilidad.1.5.2DE DEVANADO SUPERFICIALLa Figura muestra la construccin del rotor de un motor de cd de imnpermanente de devanado superficial. Los conductores de la armadura estnpegados a la superficie de la estructura cilndrica del rotor, la cual esthecha de discos laminados sujetados al eje del motor. Ya que en este diseono se emplean ranuras sobre el rotor, no presenta el efecto de ruedadentada . Puesto que los conductores estn proyectados en el entrehierrode aire que est entre el rotor y el campo de imn permanente, este campotiene menor inductancia que el de estructura de ncleo de hierro. 211.5.3DE BOBINA MVILLos motores de bobina mvil estn diseados para tener momentos deinercia muy bajos e inductancia de armadura tambin muy baja. Esto selogra al colocar los conductores de la armadura en el entrehierro entre latrayectoria de regreso del flujo estacionario y la estructura de imnpermanente. En este caso la estructura del conductor est soportada por unmaterial no magnticonormalmente resinas epxicas o fibra de vidrio -para formar un cilindro hueco. Uno de los extremos del cilindro forma un eje,el cual est conectado al eje del motor. Una vista de la seccin transversalde este tipo de motor se muestra en la figura abajo. Ya que se han eliminadotodos los elementos no necesarios de la armadura del motor de bobinamvil, su momento de inercia es muy bajo. Como los conductores del motorde bobina mvil no estn en contacto directo con el hierro, la inductancia delmotor es muy baja; valores menores a 100 mH son comunes en este tipo demotor. Las propiedades de inercia e inductancia bajas hacen que el motor debobina mvil sea una de las mejores elecciones de actuadores para sistemasde control de alto desempeo.1.6EL MOTOR MONOFSICOComo la mayor parte de la energa generada, lo es bajo la forma de c.a.muchos motores estn proyectados para funcionar con c.a. Los motores dec.a. pueden suplir a los de c.c., en la mayora de los casos estn menossometidos a perturbaciones o averas. Esto es debido a que las mquinas dec.c. trabajan en condiciones ms difciles por la accin de conmutacin querequiere el uso de escobillas, porta escobillas, colector, etc. Por el contrario,algunos motores de c.a., no utilizan ni siquiera anillos deslizantes, lo que22hace que el funcionamiento est exento de averas durante largos periodosde tiempo.Los motores de c.a. son particularmente adecuados para aplicaciones develocidadconstante, yaquelavelocidadestdeterminadaporlafrecuencia de c.a. aplicada a los bornes del motor. No obstante tambin seconstruyen motores de c.a. que tienen caractersticas de velocidad variabledentro de ciertos lmites.Los motes de c.a. se proyectan para un suministro de c.a. monofsicao trifsica. Tanto el motor monofsico como el trifsico funcionan basadosen el mismo principio. Este principio es que la c.a. aplicada al motor generaun campo magntico giratorio y a su vez este campo magntico giratoriohace girar al rotor del motor.Los motores de c.a. se clasifican generalmente en dos tipos:a) Sincrnicosb) Asincrnicos.El motor sincrnico es un alternador al que se le hace funcionar como motory en el cual al estator se le aplica corriente alterna y al rotor corrientecontinua.En el motor asincrnico el rotor no est conectado a fuentealguna de energa. De los dos tipos de motores de c.a. el asincrnico es elms empleado.Los motores monofsicos asincrnicos se clasifican en :a) Motores monofsicos de induccin,b) Motores monofsicos de repulsin.1.6.1MOTOR MONOFSICO DE INDUCCION23Los motores monofsicos de induccin poseen un bobinado nico en elestator. Este bobinado est devanado generalmente en varias bobinas quese distribuyen en la periferia del estator, y genera un campo magntico nicoalternado a lo largo del eje de los campos.Estando inmvil el rotor, las alternancias del campo del estator inducecorriente en el rotor. Estas corrientes producen a su vez, campos del mismosigno que el estator, que tienden a hacerlo girar 180 hasta enfrentarlo conlos polos opuestos. Pero esta fuerza se ejerce a lo largo del eje del rotor ypor lo tanto la fuerza de giro es igual en ambos sentidos y el rotor no semueve. Si en estas condiciones, se da al rotor un impulso con la mano, stese pondr en marcha y girar en la direccin en que se le dio el impulso. Al iraumentandolavelocidaddelrotor,llegaaunpuntoenqueaproximadamente cumple medio giro, es decir, 180 de rotacin, por cadaalternancia completa de la corriente que circula por el estator.Si las velocidades del campo magntico giratorio y la del rotor son iguales,no se inducir f.e.m., debido a que no habra movimiento relativo entre loscampos del estator y rotor. Al no haber f.e.m., no existir corriente induciday por lo tanto no se inducir el par motor, entonces se hace necesario que elrotor gire a una velocidad menor que el campo magntico giratorio delestator. Esta diferencia de velocidad se llama "resbalamiento".Deslizamiento del rotorSe refiere al movimiento relativo del motor con respecto a la velocidad dedeslizamientondes= nsinc-nmDonde:ndeses la velocidad de deslizamiento en la maquinansinces la velocidad de los campos magnticosnmes la velocidad mecnicaPor tanto el deslizamiento del motor se define como :Frecuencia elctrica en el motor24En el motor seinduce tensiones y corrientes elctricas que conllevan acompararlo con un transformador rotante, en el que el estator es el primarioque induce un voltaje en el rotor tomado como el secundario.A diferencia de un transformador normal, la frecuencia del secundario (fr) noes necesariamente la misma del primario (fe) para el motor.Si :n = 0m RPMfr = feS = 1nm =nsincfr = 0S = 0Para :0Hz < f < fefr es proporcional a (nsinc-n )mfr = S* feentonces,Como hacer arrancar a mano un motor elctrico no es muy cmodo, se hanideado medios que permitan el arranque automtico. Segn el modo dearranque se distinguen principalmente los motores de induccin de fasepartida y los motores de arranque por condensador.El rotor de un motor de induccin consta de un cilindro de chapas de aceroo hierro al silicio, prensadas para formar un solo cuerpo. La superficie deeste rotor est ranurada y por ellas se pasan barras de cobre cuyosextremos se sueldan a las coronas que son tambin de cobre. Este tipo derotor se llama tambin rotor en Jaula de ardilla o rotor en corto circuito.Actualmente, las jaulas de ardilla se construyen de aluminio fundido. 25A)MOTOR DE FASE PARTIDAEl motor de induccin de fase partida consta esencialmente de cinco partes:Estator, rotor, interruptor centrfugo, escudos y bastidor.-Estator: Consiste de dos devanados sujetos en su lugar por unas ranurasen el ncleo de acero laminado, los dos devanados consisten de dosbobinasaisladasdispuestasyconectadasparaqueformendosdevanados separados el uno del otro a 90 elctricos; uno de estosdevanados es el principal y el otro es elde arranque. El devanadoprincipal es de alambre grueso y colocado en el fondo de las ranuras delestator. El de arranque es de alambre delgado y situado en lo alto de lasranuras, encima del devanado principal.-Rotor: Lo constituye un ncleo cilndrico hecho con piezas de acerolaminado. Cerca de la superficie del rotor hay montadas unas barras decobre unidas a dos anillos de cobre. En algunos motores el rotor es unaunidad de una sola pieza colada de aluminio. El mantenimiento de esterotor es relativamente poco, ya que no hay devanados en los que puedancrearsefallas.Ademstampocohayescobillas,colectoresniconmutadores que se tengan que cuidar. Por lo general, cerca del rotorhay montado sobre el mismo eje un ventilador, que hace que circule elaire por el motor y que la temperatura de los devanados no llegue a serexcesiva.-Interruptor centrfugo: Consta de una parteestacionaria y una partegiratoria. La parte estacionaria est montada en uno de los escudos ytiene dos contactos cuya accin es la misma que la de un interruptorunipolar de una direccin. La parte giratoria va montada en el rotor.-Escudos: Va sujeto a la carcaza o bastidor mediante tornillos y tuercas ysirven para mantener el rotor en la posicin adecuada. Cada escudo llevaun orificio para el cojinete. Los cojinetes sirven para mantener biencentrado el rotor a fin de que no haya roce con el estator y adems reducirel rozamiento al mnimo.-Bastidor:Es de hierro colado en el que el ncleo del estator estencajado en l a presin.26Funcionamiento:La corriente en el devanado principal est retardada 90 elctricos conrespecto al devanado de arranque. Cuando por estos devanados pasan doscorrientes desfasadas 90 se establece en campo magntico giratorio quegira a una velocidad sincrnica de polos.rpm = 120 x f/pf = frecuencia en ciclos / seg. (hertz).p = nmero de polos.Mientras este campo rotatorio gira, se induce un voltaje en el rotor. Estevoltaje inducido crea el campo magntico del rotor. El campo del rotorreacciona con el campo del estator creando as, el par torsor que hace que elrotor gire. Cuando el rotor alcanza los de la velocidad normal el interruptorcentrfugo se abre desconectando el devanado de arranque. El motor siguefuncionando solamente con el devanado principal.Si por alguna razn, el interruptor centrfugo falla y los contactos no secierran al pasar el motor entonces el devanado de arranque quedardesconectado y cuando se active de nuevo el motor, ste no arrancar. Sise pone en marcha el motor con una carga demasiado grande, quiz noalcance una velocidad suficiente que haga que el interruptor centrfugo seabra, tambin si el voltaje de alimentacin al motor es bajo, el interruptorpuede no funcionar.27Si se invierten los conductores del devanado de arranque, se invierte elsentido del campo establecido por los devanados del estator y por lo tanto,se invierte el sentido de rotacin del rotor.Los motores monofsicos son por lo general de 110 y 220 voltios. Eldevanado principal tiene dos secciones y cada seccin funciona a 110V. Porlo tanto, si se conecta 110V los dos devanados se conectan en paralelo y sise conecta a 220V los devanados se deben conectar en serie.Propiedades:-Buena regulacin de velocidad.-Par de arranque pequeo igual a 1 o 2 veces el par en marcha.-Intensidad de arranque de 5 a 6 veces la nominal.-Resbalamiento del 4% al 6%.-Desfasaje entre devanados de 40 a 50 grados elctricos.-Se fabrican para potencias menores a 1 hp.Aplicacin:Lavadoras de ropa, bombas de agua pequeas, bombas neumticas etc.B)MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR.La construccin de este tipo de motor es prcticamente la misma que la deun motor de fase partida, salvo que en l hay un condensador conectado enserie con los devanados de arranque. El condensador proporciona un par dearranque mayor y adems limita la corriente de arranque a un valor menorque el de fase partida.El funcionamiento de este motor es exactamente igual al de fase partida. Lacausa frecuente de dificultades son los condensadores defectuosos. Si elmotor searranca y se para muchas veces en un corto tiempo, es muyposible que entren en corto circuito los condensadores. Por lo tanto, este28motor se utiliza en aplicaciones domsticas e industriales en las que haypocos arranques en cortos periodos.El sentido de rotacin se invierte, intercambiando los terminales deldevanado de arranque. Tambin funcionan para dos rgimen de voltaje 110Vy 220V.Existe otra clase de motor que es el de arranque y marcho con condensador,el cual no tiene interruptor centrfugo, por lo tanto, el condensador siempreestar conectado y as el factor de potencia es del 100%.Propiedades:-Buena regulacin de velocidad.-Par de arranque muy fuerte igual a 3 0 4 veces al par de marcha.-Intensidad de arranque menor que el de fase partida.-Factor de potencia igual a 1,0.-No estn hechos para arranques y paradas frecuentes.-Se fabrican desde 1/3 hp hasta 5 hp.-La ventaja de los de arranque y marcha por condensador es que casi norequieren mantenimiento.-Son los ms populares donde no se usa la trifsica. 29Aplicacin:Bombas unidades de refrigeracin, compresores de aire y sierras.1.6.2.MOTOR MONOFSICO DE REPULSINLos motores con colector o de repulsin pueden dividirse en tres tipos:Motores de repulsin, motores de arranque por repulsin y marcha porinduccin, y motores de induccin-repulsin.A)MOTORES DE REPULSINLas partes esenciales son:1.Un ncleo laminado del estator con un devanado similar al de la fasepartida. El estator tiene generalmente, cuatro, seis u ocho polos.2.Un rotor con ranuras en la que va colocado un devanado, similar al de unmotor de c.c. El colector es de tipo axial. Fig 7.8.3.Escobillas de carbn, conectadas entre s por medio de alambres de cobrerelativamente gruesos. El porta escobillas es desplazable.4.Dos escudos en los extremos de hierro colado, que alojan los cojinetes ysujetos al bastidor del motor.5.Dos cojinetes que sostienen el eje del inducido centrado, pueden ser lisoso de balas.Funcionamiento:Al conectarse a la corriente monofsica se crea un campo magntico en elestator y se induce otro campo en el inducido. Si estos dos campos estndescentralizados una 15 elctricos, entonces, se crea un par de arranqueque hace que el inducido del motor gire, As pues, la aplicacin el principiode que polos iguales se repelen da al motor su nombre de motor derepulsin.30Para invertir el sentido de rotacin se desplazan las escobillas a unos 15elctricos del centro de los polos del estator en el sentido contrario aloriginal.Propiedades:-Buen par de arranque.-Mala regulacin de velocidad.-La velocidad se puede controlar, variando el voltaje aplicado al motor.-La rotacin se invierte desplazando las escobillas 15 al otro lado delcentro del polo del estator.Aplicacin:Prensas de imprenta en las que se desea una regulacin de la velocidad delmiembro impulsor.B)MOTOR DE ARRANQUE POR REPULSIN Y MARCHA POR INDUCCINExisten dos tipos:El de levantamiento de escobillas y el de escobillasrodantes.El estator y el rotor son iguales al de un motor de repulsin. Se diferencia enque tiene un mecanismo centrfugo que funciona al 75% de la velocidad dergimen. En el tipo de levantamiento de escobillas al llegar al 75% de lavelocidad de rgimen, levanta las escobillas y el motor sigue funcionandopor induccin.En el tipo de escobillas rodantes, el mecanismo centrfugo corto--circuitalas delgas del colector al llegar el inducido al 75% de la velocidad de rgimeny sigue funcionando por induccin.Propiedades:-Fuerte par de arranque.-Buena regulacin de la velocidad.-La rotacin se invierte de la misma forma que para el motor de repulsin.31AplicacinRefrigeradores, compresores, bombas.C)MOTORES DE INDUCCIN - REPULSINEl funcionamiento es igual al de un motor de arranque por repulsin ymarcha por induccin, sin embargo, no tiene mecanismo centrfugo. Estemotor tiene un devanado en jaula de ardilla debajo de las ranuras delinducido.Propiedades-Buen par de arranque.-Buena regulacin de la velocidad.-Debido a que no tiene mecanismo centrfugo tiene poco mantenimiento.-Actualmente es el ms utilizado de los motores de repulsin.AplicacinAplicacin similar al motor de arranque por repulsin y marcha porinduccin.1.7EL MOTOR UNIVERSALFuncionan con c.a. y c.c. y son de fraccin de 1 hp y son usadosprincipalmente en aparatos electrodomsticos. El inducido es igual al de unmotor de c.c. funciona a la misma velocidad con c.c. o c.a. La velocidad sepuede regular por medio de restatos y bobinas de tomas mltiplesdevanadas en torno del campo. Como es un motor serie, la carga siempredebe estar conectada al motor.32La rotacin se puede invertir cambiando la direccin de la corriente ya seaen el circuito de campo o en el inducido. El motor universal es el mismomotor serie de c.c. en el cual se ha alterado el diseo bsico: Las prdidaspor histresis se reducen empleando hierro al silicio laminado de altapermeabilidad; las prdidas por corrientes parsitas se reducen al mnimoconstruyendo los circuitos magnticos (estator , ncleo) con lminas dehierro - silicio especial; la reactancia del bobinado de campo se reduceempleando ncleos de polos cortos y bobinados de pocas vueltas; lareactancia del inducido se reduce utilizando bobinas compensadoras que semontan en el ncleo del estator.Aplicacin:Licuadoras, aspiradoras, batidoras, etc.1.8EL MOTOR TRIFSICO ASNCRONOLos motores trifsicos son los aplicados en la industria por su graneficiencia. Un motor trifsico de igual potencia a uno monofsico tienemayor eficiencia y menor tamao. La diferencia fundamental entre un motortrifsico y uno monofsico consiste en que en la carcasa o estator se alojantres (3) bobinados (en estrella o tringulo) de trabajo (uno por cada fase) yadems no poseen bobinado de arranque, ya que se ponen en marcha por ssolos. Para potencias mayores a 2 hp es recomendable usar los trifsicos.Con respecto a los motores de gasolina o diesel, tienen las siguientesventajas:-La puesta en marcha es inmediata.-Son ms livianos (fcil transporte) y se acoplan fcilmente a cualquierclase de mquina.33-El arranque, parada y control es rpido y efectivo y es posible controlarloremotamente.-Tiene gran potencia de arranque.-El funcionamiento y servicios de mantenimiento son seguros.-Operan silenciosamente.-Mantenimiento es muy poco y su vida es larga.-Son compactos y ocupan un espacio muy limitado.-Su costo de operacin es ms econmico.Dentro de los motores sincrnicos existe el :a) Motor en jaula de ardilla yb) Motor con rotor bobinado.1.8.1MOTOR EN JAULA DE ARDILLAEs un motor de induccin que tiene el rotor en jaula de ardilla como losmonofsicos. Existen de jaula de ardilla sencilla y doble. En la figurasemuestra este tipo de rotor.A)PARTES DEL MOTORLas partes del motor, son las siguientes :-Carcasa : se construye de varias formas segn el tamao del motor; labase forma parte integral de la carcasa para que el motor descanse bienasentado sobre su estructura.-Caja de bornes : Se emplea para conectar los terminales de las bobinas yconcentrar los conductores de alimentacin.-Escudos : Sirven para cerrar el motor y sostener el eje del motor pormedio desus cojinetes. Se unen a la carcasa por medio de tornillos defijacin.34-Eje : Es la parte donde se sostienen los componentes del rotor y ademssirve para la fijacin de la polea en uno de sus extremos y el ventilador enel otro.-Ventilador: Viene colocado en uno de los extremos del eje y mantienerefrigerado el motor para evitar su recalentamiento.-Rotor: Es slido montado sobre el eje y es en forma de jaula de ardilla,puede ser sencillo o doble.-Estator: Est formado por su ncleo y bobinado. El ncleo es laminadohecho de chapas laminadas y viene ranurado para alojar las bobinas. Lasbobinas cubren el ranurado del estator y deben estar bien aisladas paraasegurar el perfecto funcionamiento del motor.B)CONEXIONESLas conexiones bsicas del bobinado del estator de un motor trifsico sonen estrella o en tringulo, segn las caractersticas del motor y el voltaje dela red.En la figura se presentan estos dos tipos de conexiones y la conexin arealizar en la placa de bornes.C)MOTOR DE DOS VELOCIDADES.35El motor de dos velocidades es con frecuencia una solucin elegante yeconmica de problemas complejos. Segn sea la naturaleza de la corriente,la relacin de velocidades y las de potencias, estos motores tienen uno odos bobinados.Motor de un solo bobinado : Es el ms sencillo y ms usado de los motoresde dos velocidades, sus caractersticas son las siguientes:-Velocidades en la relacin de 1 a 2. Ejemplo: 3000 y 1500 rpm; 1500 y 750rpm; 1000 y 500 rpm.-Relacin de potencias bien definidas para un tipo de motor y una gama develocidades dada. Ejemplo: 4hp y 1500 rpm; 2 hp y 750 rpm.-Una sola tensin de alimentacin.Motor de dos bobinados:Cuando la aplicacin prevista requiere unarelacin diferente de velocidades y potencias se adopta un motor de dosbobinados, cada uno de los cuales corresponde a una polaridad y sonalimentadosalternativamentesegnlavelocidadquesedesee.Suscaractersticas son :-Las potencias y velocidades pueden elegirse segn sea su aplicacin.Ejemplo: 3 hp a 3000 rpm o hp a 500 rpm; 3hp a 1500 rpm o 2hp a 1000rpm.-Una o dos tensiones de alimentacin-Corriente de arranque mayor a la de un motor con un solo bobinado.Existen tambin motores de doble tensin cuyo bobinado de estatoresdoble. Ejemplo: 220V /440. Para conectar el motor a 220V sus bobinados seconectan en paralelo y para hacerlo a 440 V sus bobinados se conectan enserie.361.8.3.MOTOR CON ROTOR BOBINADOEs un motor que tiene estator igual al de jaula de ardilla y el rotor vienebobinado en estrella cuyos terminales van conectados a tres (3) anilloscolectores rozantes fijados en el eje del motor. Los anillos colectores seconectan a un control de velocidad conformado por resistencias rotatorias yhace el oficio de arrancador.La puesta en marcha se hace en 2,3,5 tiempos, segn el caso por eliminacinde las resistencias intercaladas en el circuito del rotor . 371.9MOTOR TRIFSICO SINCRNICOContrario a los anteriores motores trifsicos, el motor trifsico sincrnicotiene la velocidad del rotor igual a la velocidad del campo magntico delestator, esto es, su deslizamiento es cero.Su estator es igual al de jaula de ardilla, pero su rotor est compuesto por unbobinadodepolossalientesyensuinteriorotroenjauladeardilla. 38Inicialmente se aplica la corriente trifsica al bobinado del estator y con elrotor en jaula de ardilla arranca funcionando como motor asincrnico, osea,Vr menor a Vs. Luego se conecta corriente continua al bobinado delrotor de polos salientes arrastrando la velocidad del campo del estator alrotor por tener polos fijos igualando de esta forma las velocidades yvolvindose sincrnico. La c.c. es aplicada al rotor por medio de los dosanillos rozantes y sus correspondientes escobillas.Caractersticas :-Velocidad rigurosamente constante y funcionamiento estable si la carga nosobrepasa cierto lmite. De lo contrario, se inmoviliza rpidamente y elestator puede tomar corrientes peligrosas para su bobinado.-La velocidad es funcin de la frecuencia de la red y del nmero de polosdel estator.rpm=120f/pdondef=frecuenciadelared,p=Nodepolos-Colocando un restato en el circuito del rotor se puede sobre excitar y conello mejorar el factor de potencia de la red.Hace las veces de uncondensador y por esos se le llama condensador sincrnico.-Se usa cuando se requiere una velocidad rigurosamente constante comoen telares, mquinas - herramientas, etc.392.CONTROL DE MOTORES2.1CARACTERSTICAS DE UN MOTOREl motor constituye el corazn de una planta industrial de cualquier empresaproductivayportanto, todotcnicooingenierodebeconocersuscaractersticas, su forma de arrancado y sus protecciones.2.1.1PLACA CARACTERSTICADe las cosas importantes que se debe tener claridad es sobre el significadode los datos en la placa caracterstica del motor.MOTOR TRIFSICO EN JAULA DE ARDILLA 220 - 380v5,38 - 9,3 AMP PH = 3Hz = 60&263 RPM = 1710HP = 3KW = 2,2 CODIGO: B Su interpretacin es la siguiente:Tensin aplicada en tringulo= 220 VTensin aplicada en estrella= 380 VCorriente consumida en estrella= 5,38 Amp.Corriente consumida en tringulo= 9,3 Amp.Nmero de fases de motor= 3 (trifsico)Frecuencia en ciclos por segundo= 60 Hz.Factor de potencia del motor= 0,85RPM del motor con carga= 1710Potencia en caballos fuerza= 3 HPPotencia en Kilovatios= 2,2 Kwipo de motor trifsico= Jaula de ardilla, cdigo B.2.1.2INTERPRETACINCon esta informacin se puede calcular su eficiencia, deslizamiento ypar motor as:Potencia de salida= 3 HP = 3 x 746 = 2238 W.40Potencia de entrada [ (, FRV3= 1,73 x 220 x 9,3 x 0,85 = 3008,6 WEficiencia= 2238 / 3008,6 = 74,4%Deslizamiento= (1800 - 1710 )/ 1710 x 100%= 5,3%Par motor= 746 x HP /RPM = 746 x 3 / 1710 = 1,31 m-kg.2.2INVERSIN DE GIROEl sentido de rotacin de un motor trifsico se invierte intercambiando dosfases cualesquiera en los terminales del motor. Sentido directo Sentido inverso 5 : 8 5:9 6: 9 6:8 T :W T: W En la figurase diagrama el control manual de inversin pasando elconmutador de la posicin 1 a la posicin 2. Bien entendido es que elcambio de rotacin se hace cuando el motor est parado.412.3ARRANQUE DE UN MOTORArranque directo:El arranque de los motores de baja potencia se hacedirectamente conectando el estator a la red por medio de un interruptortripolar .Arranque estrella tringulo: Consiste en arrancar el motor en estrella quese consume menos corriente y luego pasarlo a conexin tringulo cuando lavelocidad sea la nominal. Se realiza en dos tiempos.Arranque por resistencias:En el momento del arranquese insertanresistencias en serie en cada fase del estator. Luego se ponen en cortocircuito tan pronto como la velocidad sea normal.Arranque por autotransformador:El autotransformador comprende variastomas intermedias y el arranque se realiza en tres (3) tiempos.1.Conexin del autotransformador en estrella al motor. Se arranca a tensinreducida.2.Se abre el punto comn del bobinado del autotransformador.3.Se desconecta el autotransformador y el motor trabaja a plena tensin.422.3.1CARACTERSTICAS DE ARRANQUELas siguientes son las caractersticas segn el tipo de arranque del motor:Corriente de arranque:Directo:4a 8 veces la corriente nominal.Estrella - tringulo :1,3 a 2,6 veces In.Resistencia :4,5 veces la In.Autotransformador:1,7 a 4 veces In.Par de arranqueDirecto :0,6 a 1,5 veces del nominal.Estrella - tringulo :0,2 a 0,5 veces.Resistencia :0,6 a 0,85 Veces.Autotransformador :0,4 a 0,85 Veces.Duracin del arranque:Directo :2a 3 segundos.Estrella - tringulo :7a 12 segundosAutotransformador:7a 12 segundos.Ventajas:Directo: Arranque simple y poco costoso.Estrella - tringulo : Arrancador relativamente econmico.Resistencia : Posibilidad de arreglar los valores en el arranque.Autotransformador: Buena relacin par- corriente de arranque.43InconvenientesDirecto: Corriente de arranque elevada.Estrella- tringulo: Par de arranque dbil y corte de la alimentacin en elpasoY :Resistencia: Para un mismo par de arranque, la corriente de arranque poreste mtodo es mayor.Autotransformador: Es el ms costoso de los mtodos de arranque.AplicacionesDirecto: Pequeas mquinas de igual arranque a plena carga.Estrella - tringulo: Mquinas de arranque en vaco, ventiladores, bombascentrfugas de poca potencia.Resistencia: Mquinas de fuerte potencia o fuerte inercia donde la reduccinde la corriente de arranque es un criterio importante.2.3.2CURVAS CARACTERSTICASLas curvas de corriente y par en los diferentes tipos de arranque semuestran a continuacin :44 452.4CONTROL CON CONTACTORESEl control de un motor, ya sea un simple interruptor de volquete o uncomplejo sistema con componentes tales como relevadores, controles detiempo e interruptores, controladores, compensadores, controla algunaoperacin del motor elctrico. Por lo tanto, al seleccionar e instalar un46equipo de control para un motor se debe considerar una gran cantidad dediversos factores a fin de que aquel pueda funcionar correctamente junto ala mquina para la que se disea.Algunos factores a considerar son las siguientes:Arranque,parada,inversinderotacin,marcha,controldevelocidad,seguridad del operador (dispositivos pilotos), proteccin contradaos, mantenimientodelosdispositivosdearranque(fusibles,interruptores, cortacircuitos).El motor se puede controlar desde un punto de lejano automticamenteusando estaciones de botones asociados con contactores (interruptoresmagnticos). Si el motor se controla automticamente pueden usarse lossiguientes dispositivos:a) Interruptor de flotador: Para controlar el nivel de un tanque abriendo ocerrando unos contactos que puede accionar una bomba. Tambin paraabrir o cerrar una vlvula para controlar un fluido.b) Interruptor de presin:Controla la presin de los fluidos. Permitearrancar un compresor de aire de acuerdo a la demanda de presin de aireque exista.c) Temporizador: Para controlar un periodo de tiempo diferido de cerrado oabierto.d) Termostato: Interruptor que funciona por la accin de la T.e) Interruptor de lmite: Se usan para parar mquinas, equipo y productos enproceso, durante el curso.2.4.1ARRANQUE Y PARADASe deben considerar las siguientes condiciones:-Frecuencia del arranque y la parada.-Arranque liviano o pesado-Arranque rpido o lento. (debe ser lento e ir aumentando la velocidad).-Arranque y parada manual o automtica.-Parada rpida o lenta. (la parada debe ser rpida).-Paradas exactas (Ej. En los ascensores).-Frecuencia en la inversin de rotacin.Respectoal control develocidadsedebeconsiderarlassiguientescondiciones:-Velocidad constante (bomba de agua).-Velocidad variable (gra)47-Velocidad ajustable.-Velocidad mltiple (torno revolver).2.4.2ARRANCADORES MANUALESSe usan para arrancar pequeos motores monofsicos de c.a.o c.c.menores de1hp.Estos arrancadores tienen proteccin trmica contrasobrecarga.Cuandoocurrelasobrecargalapalancasemueveautomticamente dejando los contactos abiertos. Los contactos no puedenvolver a cerrarse hasta que el elevador de sobrecarga se restablezcamanualmente a la posicin ON.La corriente de arranque no disparar al arrancador. El trmico es dealeacin fusible, que con la sobre corriente continua eleva la temperaturadel interruptor liberando el trinquete y disparando el mecanismo interruptor.Se pueden usar arrancadores manuales del tipo de botones (start, stop) paramotores de c.c. hasta 2 hp, motores monofsicos hasta 5 hp y motorestrifsicos hasta7 HP.2.4.3ARRANCADORES MAGNETICOSEmplean energa electromagntica para cerrar los interruptores. Se utilizanampliamenteporquesepuedencontrolardesdeunpunto alejado.Generalmente estos arrancadores se controlan por medio de una estacin debotones, in interruptor del flotador o relevos de control de tiempo. Sefabrican en muchos tamaos como el 00 (10 Amp) hasta el tamao 8 de 1350Amp.acadatamaoselehaasignadociertacapacidadenhp.Los arrancadores existen de 2 polos para motores monofsicos y e 3 polospara trifsicos.Los motores se pueden sobrecargar si el voltaje de entrada est bajo o si seabreunalneaenel sistemapolifsico(yaquefuncionaracomomonofsico). Bajo cualquier condicin de sobrecarga, un motor toma unacorriente excesiva que causa el sobre calentamiento.Como el aislante del devanando del motor se deteriora cuando se someteasobre calentamiento, existen lmites establecidos para la temperatura deoperacindel motor.Paraprotegerlocontrael sobrecalentamientose emplean relevadores de sobrecarga en un arrancador para limitar ciertovalor la cantidad de corriente que toma.Esta es la proteccin contrasobrecarga o de marcha.48Los relevadores (magnticos o trmicos) se sobrecarganactan paradesconectar el arrancador y parar el motor cuando hay sobre corriente.2.4.4RELEVADORES Y CONTACTORESLos relevadores magnticos se utilizan como dispositivos auxiliares en loscircuitos de control para interrupcin, en las bobinas de los arrancadoresgrandes y para controlar motores pequeos u otras cargas tales comocalefactores elctricos, luces piloto o seales audibles. No proporcionanproteccin para sobrecarga a los motores y ordinariamente se usan ensistemas de control de dos alambres. Los contactos se usan con msfrecuencia para controlar circuitos que para accionar circuitos.Los contactores son interruptores accionados mediante electromagnetismoque proporcionan un medio seguro y conveniente para interrumpir yconectar circuitos derivados. La diferencia principal entre un contactor y unarrancador es que el primero no tiene relevadores de sobrecarga.Loscontactoresseempleanparainterrumpircargascomoalumbrado,calefaccin y para controlar motores de c.a. cuando la proteccin contrasobre carga se instala separadamente.Los contactores y arrancadores tienen para la extensin del arco que seforma al abrirse los contactos unas bobinas de extensin de alambre gruesoque se montan sobre los contactos en serie con la carga.2.4.5ESTACIONES DE BOTONESEs un dispositivo que controla un motor al oprimir un botn. Los contactosdel botn son generalmente dobles, de tal manera, que al oprimir el botnse cierra un contacto pero se abre otro. La estacin de botones se puedemontar directamente junto al controlador o a cierta distancia de ste si sedesea. La corriente que interrumpe una estacin de botones es pequea. Laestacin de botones puede controlar el arranque y parada de un motor,marcha hacia delante, marcha hacia atrs, rpido o lento.2.4.6CONTROL DE DOS ALAMBRESDispositivos de control: Termostato, interruptor de flotador, interruptor depresin etc. El arrancador se desconecta cuando ocurre una falla de voltajey se conecta tan pronto como se restablece la energa. Tiene la ventaja deque el operario no tendr que arrancar de nuevo para la operacin de lamquina. Los sopladores, extractores y ventiladores son ejemplos deaplicacin.Tiene la desventaja de que los materiales en produccin se49pueden daar al arrancar repentinamente la mquina cuando se restablece laenerga.2.4.7CONTROL DE TRES ALAMBRESEl arrancador se desconectar al ocurrir una falla de voltaje, pero no seconectar automticamente al restablecerse la energa. Un operario tendrque oprimir el botn de arrancar para reanudar la produccin.502.4.8ESTACIONES DE BOTONES MLTIPLESEl circuito de control de botones de tres alambres puede extendersemediante el uso de varias estaciones de botones para control. El motor sepuede parar o arrancar desde cierto nmero de estaciones separadas,conectando en paralelo los botones de arranque y en serie los de parada2.4.9ARRANCADOR REVERSIBLESe usan para inversin de marcha de los motores trifsicos y monofsicos.Se construye usando dos contactores y una estacin de botones 512.4.10ARRANCADORES ESTRELLA-TRINGULOEl motor arranca en estrella y funciona en tringulo. Los motores estrella-tringulo, o sea, los que tienen los puntos para conexin (%GV %GU %TV %TU ZU Z@Condiciones iniciales :y0 = [ 0; 0; 0; 0; 1]u0 = [Vf; 0; 0][ >%GV %GU %TV %TU ZU Z@Programa en Matlab :psiqso = Vf;psipqro = Vf;psidso = 0;psipdro = 0;wr_wo = 1x0 = [psidso; psipdro; psiqso; psipqro; wr_wbo];y0=[0; 0; 0; 1];index = 0;Tmec = input ( (QWUH 7RUTXH H[WHUQR 7PHF);u = [Vm; 0; Tmec];x = x0;y = y0;iu = [1; 2; 3];% las variables de entrada son fijasix = [ ];% las variables de estado pueden variariy = [ ];% las salidas son libres% Usar la funcin trim para determinar el punto de operacin del estado% estacionario deseado.[x, u, y, dx] = trim ('MotorTrif ', x, u, y, ix, iu, iy);136x0= x;% almacena estado estacionariopara usarlodespusy0 = y;% en incremento de la carga% Usar la funcin linmod de Matlab para determinar la representacin en elespacio de estados en el punto de operacin escogido. MotorTrif.mdl%dx/dt = A x + B u%y = C x + D u[A, B, C, D] = linmod('MotorTrif ', x, u);% D 3DUD OD IXQFLyQ GH WUDQVIHUHQFLD ZUZE7PHFbt=B(:,3);% selecciona tercera columna de la entradact=C(4,:);% selecciona cuarta fila de la salidadt=D(4,3);% selecciona cuarta fila tercera columna% Use Matlab ss2tf para determinar la funcin de transferencia% del sistema en el punto de operacin escogido.% Para desplegar la funcin de transferencia[numt, dent] = ss2tf(A,bt,ct,dt,1);Glzt = tf (numt,dent);% (b) Para la funcin de trDQVIHUHQFLD ZU ZE YTVHbv=B(:,1);% selecciona primera columna de la entradacv=C(4,:);% selecciona cuarta fila de la salidadv=D(4,1);% selecciona cuarta fila primera columna[numv,denv] = ss2tf(A,bv,cv,dv,1);Glzv = tf (numv,denv);Simulimk : MotorTrif.mdl137Respuesta al paso : a) sin carga Tmec = 0 138BIBLIOGRAFA[1] MathWorks. The Student Edition of Matlab. Prentice Hall. 1992[2] MathWorks. Matlab User's Guide. Prentice Hall. 1992[3] K. OGATA. Dinmica de Sistemas.. 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