Control Electromagnético de Motores

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  • 8/17/2019 Control Electromagnético de Motores

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    SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES 

    MATERIALDE CONTROL 

    ELECTROMAGNÉTICO

    DE MOTORES

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    SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES 

    Sistema de Control de Motores Eléctricos 

     APRENDIZAJES ESPERADOS:

    • Interpreta planos de control de motores eléctricos de acuerdo a simbologíanormalizada.

    • Ejecuta procedimientos de montaje de circuitos de mando y potencia paramotores eléctricos a partir de un plano o diagrama con simbología normalizada yde acuerdo a normas de seguridad.

    • Diseña, monta, alambra y comprueba el funcionamiento de circuitos de control yfuerza de motores eléctricos con protecciones y señalizaciones.

    • Detecta fallas en los circuitos de control de Maquinas Eléctricas.

     ACTIVIDADES: 

    1. Reconocer elementos de control de motores en taller de comando eléctrico.

    2. Conectar circuitos de control a partir de plano eléctrico.

    3. Conectar circuito para la Partida de un Motor Trifásico Jaula de Ardilla en formadirecta.

    4. Conectar circuito para la Partida directa de un Motor Trifásico con inversor de marchatipo electromagnético.

    5. Conectar circuito para la Partida de un Motor Trifásico mediante unactuador Estrella – Triangulo tipo electromagnético.

    6. Conectar circuito para la Partida de un Motor Trifásico mediante unactuador Estrella – Triangulo con inversor de giro tipo electromagnético.

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    Comando Eléctrico. 

    Se define como la forma o método empleado para poner en funcionamiento los diferentes dispositivos y elementos de control eléctrico.

    Control Eléctrico. 

    El termino control del motor expresa el concepto de mando o maniobra de este y significa fundamentalmente controlar alguna operación del motor, como por ejemplo: La partida, parada, inversión de marcha, regulación de velocidad, etc.

    Tipos de Control. 

    Los sistemas para el control de motores eléctricamente pueden clasificarse de acuerdo con 

    el grado en que su operación es automática. De esta manera se tienen fundamentalmente 3 tipos de control:

    1. Control manual.2. Control semiautomático.3. control automático.

    Sin embargo esta clasificación no debe considerarse en forma estricta, ya que en la práctica los sistemas de control son combinaciones de los 3 tipos mencionados anteriormente.

    1. Control manual. 

    En este tipo de control de motores un operador debe efectuar todas las operaciones y ajustes necesarios incidiendo directamente sobre el mando a través de dispositivos manuales tales como interruptores, actuadores, conmutadores, etc.

    Ejemplo: 

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    2. Control Semiautomático. 

    En este tipo de control el operador participa indirectamente sobre el control de la maquinaria o sistema, mediante la acción de una botonera y todas las operaciones necesarias se efectuaran automáticamente por medio de dispositivos internos comandados eléctricamente.

    Partida de un motor 3Φ Jaula de Ardilla en forma directa. 

    • Circui to de Contro l Circuito de Fuerza. 

    3. Control automático. 

    En el control automático el sistema o circuito es conectado en una condición y actúa comandado pordispositivos auxiliares automático, tales como interruptores de límite, de presión, de temperatura,etc.

    Elementos de Contro l. 

    Son los elementos y dispositivos que permiten comandar desde puntos lejanos los equipos (Motores), de frecuentes paradas, partidas o cambios de sentido de giro, estos elementos son:

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     A. Contactor. 

    El contactor es un aparato de maniobra y se define como un dispositivo accionado por medios electromagnéticos, para establecer o interrumpir repetidamente un circuito eléctrico.Un contactor es un interruptor comando a distancia accionado por un electroimán que permite

    establecer o interrumpir una corriente en el circuito de mando.

    Características: 

    - Accionamiento a distancia.- Elevada frecuencia de maniobra.- Elevada duración mecánica.- Ocupa poco espacio.- Seguridad en el cierre de los contactos. 

    Para cumplir estas funciones el contactor exige:1) Ordenes de mando no herradas, en caso contrario puede conducir a la destrucción del sistema 

    magnético o pueden originarse soldaduras de los contactos debido a las grandes intensidades de corriente.

    2) Importancia del campo de tolerancia de la tensión de la bobina de 0.85 a 1.1 por el voltaje aplicado dado por el fabricante.

    Partes que constituyen un contactor. 

    1) Contacto móvil2) Contacto fijo

    3) Armadura, Parte móvil4) Resorte (muelle)5) Bobina6) Espira de sombra7) Núcleo, Parte fija donde va montada la bobina8) Alimentación de la bobina

    Figura: Contactor Acción Electromagnética

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    Los circuitos principales son establecidos y comandados por el contactor, la bobina de este seencuentra alimentada a su respectiva tensión de trabajo y son interrumpidos cuando el  electroimánes desenergizado, y cuando la tensión de trabajo de la bobina del contactor baja de su   valornominal, a esto se le llama posición de reposo del contactor.

    Por lo tanto el contactor es un elemento eléctrico que permite establecer o interrumpir elevadas  tensiones en los circuitos principales, mientras los circuitos secundarios o de control son recorridos por intensidades de muy baja corriente. El núcleo se lamina para reducir las pérdidas por corrientesparásitas que se transforman en calor.

    Representación de un contactor según Norma DIN. 

    En un contactor los contactos principales tienen por finalidad efectuar el cierre o apertura del circuito principal, a través del cual se transporta la corriente hacia el equipo de utilización.

    Los contactos se fabrican normalmente con aleaciones nunca puros, son puros para baja intensidad y son fabricados de cobre electrolítico, para mayores intensidades los contactos son de aleaciones PLATA – CADMIO o PLATA – NIQUEL.

    Los de PLATA – NIQUEL tienen una gran resistencia al desgaste por el arco eléctricoy además tienen una buena resistencia mecánica, son los de mayor utilización en la práctica.

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    PLACA CARACTERISTICA DEL CONTACTORTodo contactor posee su propia placa característica, en la que de resumen los siguientes

    datos

    a) La marca.b) Tipo de contactor (alumbrado, calefacción y fuerza motriz).c) Tensiónd) Potenciae) Corriente nominalf) Tensión y frecuencia de trabajo de la bobina.

    Elección de un Contactor. 

    1) Tipo de energía C.C. o C.A.2) Naturaleza del circuito a comandar

    3) Magnitud de la intensidad de corriente en el circuito de fuerza (potencia nominal de la carga).

    4) Magnitud de la tensión de circuito control5) Medio ambiente en el que se va utilizar6) Numero de contactos auxiliares a utilizar7) Numero de maniobras por hora

    Para simplificar la elección de los contactores y sus contactos tengan una duración aceptable se definen 4 campos de aplicación o categorías de servicio caracterizada por diversas condiciones de funcionamiento.

    Estas categorías son internacionales para los contactores de C.A., ha recibido la siguiente designación.

     AC1: Para cargas resistivas o ligeramente inductivas, resistencias de calefacción y 

    hornos de resistencias. FP= 0,95 AC2: Arranque de motores de anillos rozantes. Inversión de marcha. FP= 0,65

     AC3: Arranque de motores Jaula de Ardilla y desconexión cuando los motores están funcionando. Al cierre de sus contactos se establece una corriente de partida de 5 a más veces la In del motor. FP= 0,35

     AC4: Arranque de motores Jaula de Ardilla, inversión y frenado por contra de Corriente. FP= 0,35

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    Simbología. 

    Norma DIN  Norma NEMA 

    Bobina 

    ContactosPrincipales 

    ContactosAuxiliares 

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    C. Indicador Piloto . 

    Son dispositivos de indicación luminosa y forman parte importante en todo tipo de circuito, 

    mostrando al operador o alertar el funcionamiento del circuito.

    Signos que determinan el color de las lámparas sobre el esquema. 

    C2 = Color RojoC3 = Color NaranjaC4 = Color AmarilloC5 = Color Verde 

    Signos que determinan el tipo de lámpara sobre el esquema. 

    Ne = Lámpara de NeónNa = Lámpara Vapor de Sodio Hg = Lámpara de MercurioI = Lámpara de YodoFL = Lámpara Fluorescente IR = Lámpara Infrarrojo UV= Lámpara UltravioletaLd= Led

    Signos que determinan el tipo de lámpara sobre el esquema. 

    Color   Servicio  Función 

    Rojo En reposo.Maquina 

    preparada para entrar en

    servicio. 

    - Señala que la maquina esta parada por anomalía eléctrica o bien, indica que el automático le da la orden de paro.- Todos los componentes dispuestos para iniciar el arranque

    o maniobra 

    Verde Maquina

    En servicio-Señala que la máquina está en funcionamiento.-Operación normal de la máquina o equipo.

    Amarillo  Precaución o atención. 

    - Próximo al valor límite admisible. 

    Simbología. 

    Norma DIN  Norma NEMA 

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    Protecciones. 

    En condiciones normales de operación a través de los conductores de una instalación estará 

    circulando la corriente que le demanden los artefactos que estén conectados a ellos, y si dichos conductores han sido correctamente seleccionados o dimensionados, su temperatura estará dentrodel rango normal de operaciones.

    Si se presenta alguna falla en el funcionamiento de la instalación o de los artefactos consumidores distinta de un corte de línea, la corriente subirá en los conductores o en los  artefactosy su temperatura se elevara anormalmente, poniendo en peligro la instalación y el medio ambienteque lo rodea.

    Las fallas de sobre corr iente pueden ser de 3 tipos. 

     A. CortocircuitoB. SobrecargaC. A tierra

     A. Cortocircui to: 

    Falla o anormalidad que consiste en la unión prácticamente sin resistencia entre conductores bajo tensión eléctrica.

    Este hecho ocasiona un aumento de la corriente de tal magnitud que puede someter a los aparatos o elementos de la instalación a esfuerzos mecánicos y térmicos.

    Para evitar daños y destrucción se debe emplear una protección adecuada cuyo fin es limitar la duración y magnitud de la corriente de corto circuito.

    Protección contra Cortocircuito

    Fusible: Dispositivo de protección que operara mediante la fusión de uno de sus componentescuando se produce un cortocircuito.

    Disyuntor: Dispositivo destinado a Desenergizar un circuito al producirse uncortocircuito una sobrecarga.Ante un cortocircuito opera mediante la acción de una bobina de corriente.Ante una sobrecarga opera un elemento bimetálico

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    B. Sobrecarga:

    Aumento parcial de la corriente consumida por sobre el valor nominal del equipo. Puede durarsegundos o minutos. 

    Protección contra Sobrecargas

    Rele Térmico. 

    Son elementos de protección contra sobrecarga (debe usarse una por fase), cuyo principio de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos materiales (bimetales, generalmente hierroy níquel en composiciones 20 % y 80 % o 75 % y 25%). Que empujara una barra de fibra hasta quese produzca el accionamiento de unos contactos auxiliares los que, uno de ellos desenergizara elcircuito de control (NC 95 - 96) y el otro (NA 97 - 98) energizara un elemento de señalización.

    El calor necesario para curvar o flexionar la lámina bimetálica es producido por su resistencia, arrollada al bimetal.

    Una vez que los relés térmicos hayan actuado, se rearman empleando dos sistemas:

    Rearme Manual: Debe emplearse en circuitos de contacto permanente con presostato, termostatos interruptores de posición o elementos similares, con el objeto de evitar reconexiones automáticas.

    Rearme Automático: Se emplea exclusivamente en casos en que se use pulsadores para lamaniobra. En casos especiales, en que la corriente sea muy alta, se pueden usar relés térmicos  deacción retardada, cortocircuitar el relé durante el tiempo de partida.

    Relé Bimetálico de sobrecarga. 

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    Consiste en una lámina bimetálica constituida por dos tiras de diferentes metales soldadas una ala otra, como ambos metales tienen diferentes coeficientes de dilatación, cada vez que se calienta elelemento bimetálico producto de una sobre corriente este se doblara en un sentido, accionando elcontacto que interrumpe el circuito de control, por lo cual se detiene el motor.

    Las partes principales de un relé térmico son las siguientes:

    - Laminas bimetálicas- Elemento calefactor- Contactos- Botón de rearme o reposición- Tornillo de calibre de o ajuste (85% a 115% del valor nominal)

    Simbología. 

    C. Falla a tierra: Se debe a la fuga de corriente a través de un equipo con falla o uncircuito en malas condiciones. La protección que opera ante esta falla es eldiferencial. 

    EL DIFERENCIAL.

    Dispositivo eléctrico cuya función es desconectar la instalación eléctrica de forma rápidacuando existe una fuga a tierra, con lo que la instalación se desconectará antes de que alguientoque el aparato averiado. En caso de que una persona toque una parte activa, el interruptor

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    diferencial desconectará la instalación en un tiempo lo suficientemente corto como para noprovocar daños graves a la persona.Los interruptores diferenciales se caracterizan por tener diferentes sensibilidades.

    La sensibilidad es el valor que aparece en catálogo y que identifica al modelo, sirve paradiferenciar el valor de la corriente a la que se quiere que "salte" el diferencial,Las diferentes sensibilidades son:

    •  Muy alta sensibilidad: 10 mA

    •  Alta sensibilidad: 30 mA

    •  Sensibilidad normal: 100 y 300 mA

    •  Baja sensibilidad: 0.5 A

    El tipo de interruptor diferencial que se usa en las viviendas es de alta sensibilidad (30 mA).

    En el interruptor diferencial hay un pulsador de prueba (botón indicado con una T o una P),que simula un defecto en la instalación y por lo tanto al ser pulsado, la instalación deberádesconectar ya que hace una derivación a tierra. Es recomendable apretar el pulsadorperiódicamente.

    Esta protección consiste en hacer pasar los conductores de alimentación por el interior de untransformador de núcleo toroidal. La suma vectorial de las corrientes que circulan por losconductores activos de un circuito en funcionamiento sin defecto es cero. Cuando aparece undefecto esta suma no es cero y se induce una tensión en el secundario, constituido por unarrollamiento situado en el núcleo, que actúa sobre el mecanismo de disparo, desconectandoel circuito cuando la corriente derivada a tierra es superior al umbral de funcionamiento deldispositivo diferencial.

    TIPOS DE CONTACTOS (directos e indirectos): 

    Contacto directo con un conductor Contacto indirecto a través de la parte metálica de unactivo de la instalación. Electrodoméstico sometido a tensión.

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    SIMBOLOGIA DEL INTERRUPTOR DIFERENCIAL:

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    INTERRUPTORES DE POSICIÓN O FINALES DE CARRERA.-

     Aspecto fís ico:

    Este elemento es un interruptor de posición que se utiliza en apertura automática depuertas, como elemento de seguridad, para invertir el sentido de giro de un motor o paradetenerlo, detector de piso en el caso de ascensores, etc..

    Símbolo:

    Aparato empleado en la etapa de detección y fabricado específicamente paraindicar, informar y controlar la presencia, ausencia o posición de una máquina o parte deella siendo accionado por ellas mismas mediante contacto físico (ataque).

    Pueden ser también:

    • De ataque frontal. 

    • De ataque lateral unidi reccional o bidireccional. 

    • De ataque lateral multidireccional. 

    Como se puede observar, el final de carrera está

    compuesto por un contacto normalmente cerrado y otronormalmente abierto.

    Cuando se presiona sobre el vástago, cambian los

    contactos de posición, cerrándose el abierto y viceversa.

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    TEMPORIZADORES O RELES DE TIEMPO.

    Son aparatos en los cuales se abren o cierran determinados contactos,

    llamados contactos temporizados,  después de cierto tiempo, debidamentepreestablecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentación.

    TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN.

    Es aquel cuyos contactos temporizados actúan después de cierto tiempo deque este se ha energizado. En el momento de energizar el temporizador, los contactostemporizados que tiene siguen en la misma posición de estado de reposo y solamentecuando ha transcurrido el tempo programado, cambian de estado, es decir que el contactoNA se cierra y el contacto NC se abre.

    Al desenergizar al temporizador sus contactos vuelven a la posición inicial

    TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN.

    En este tipo de temporizador, los contactos temporizados actúan después decierto tiempo de haber sido desenergizado. Cuando se energiza el temporizador, sus

    contactos temporizados actúan inmediatamente como si fueran contactos instantáneos,manteniéndose en esa posición todo el tiempo que el temporizador esté energizado.

    Al desenergizar al temporizador sus contactos no cambian de posición sinohasta transcurrido el tiempo programado en que quedas como estaban inicialmente.

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    De acuerdo a su principio de funcionamiento, los temporizadores se clasificancomo: ELECTROMECÁNICOS, NEUMÁTICOS Y ELECTRONICOS

    TEMPORIZADOR ELECTROMECÁNICO. 

    Temporizador en el cual la temporización se consigue mediante engranajes,con sistemas comparables a los relojes mecánicos. El conteo del tiempo programado seinicia al energizar un pequeño motor sincrónico de velocidad constante, que mueve unaserie de engranajes, para reducir la velocidad del motor. El último de los engranajes llevaun pin o tope para accionar unos contactos de apertura lenta o un micro ruptor de aperturabrusca, los cuales actúan como contactos temporizados.

    TEMPORIZADORES NEUMATICOS.

    Temporizadores en los cuales la temporización se obtiene regulando la entradade aire en un fuelle, hasta que se llene completamente, momento en el cual éste accionalos contactos del temporizador. El aire es expulsado del fuelle prácticamente en formainstantánea..

    TEMPORIZADORES ELECTRONICOS.

    Son aquellos cuyo sistema de temporización está conformado por circuitoselectrónicos. Se encuentra una gran variedad de modelos, dependiendo de sufuncionamiento.

    PRESOSTATOS.

    Son aparatos que abren o cierran sus contactos al detectar cambios de presiónen sistemas neumáticos o hidráulicos.

    • De membrana: la variación de presión, en un sistema neumático ohidráulico, produce la deformación de una membrana. Esta deformación setransmite a un pistón, el cual a su vez, desplaza los contactos eléctricos que tiene elpresostato.

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    SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES 

    • Sistema tubular: Funciona gracias a un tubo ondulado (a manera defuelle metálico), el cual maniobra los contactos eléctricos del presostato de acuerdocon las variaciones de presión.

    Los presostato se instalan en las tuberías de conducción de gases o líquidos, obien en los tanques de almacenamiento de dichos elementos.

    TERMOSTATOS.

    Aparatos que abren o cierran circuitos eléctricos, en función de la temperaturaque los rodea. Los termostatos no deben confundirse con los relés térmicos.

    • De láminas Bimetálicas: Se fundamenta en la acción que ejerce latemperatura en una lámina, compuesta por dos metales con diferentes coeficientesde dilatación (bimetal), que se flexiona hasta llegar a accionar los contactos quetiene al elevarse o disminuir la temperatura.

    • De tubo capilar: Aprovecha las alteraciones en la presión de un fluidoalojado en un tubo muy delgado al variar la temperatura. Esta variación de presiónproduce a su vez una modificación en la forma del tubo, hasta accionar loscontactos eléctricos que posee.

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    Motor de Inducción 3Φ Jaula de Ardilla. 

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    Designación de Terminales. Bornes sin ninguna conexión

    Placa Característica. 

    Cada motor debe contar con una placa de datos, fácilmente visible y firmemente sujeta al motor con remaches del mismo material que las placas. Las placas de datos deben ser de acero inoxidable, la pintura del motor no debe cubrir las placas de datos, la información debe ser grabada en el metal de las placas de tal manera que pueda ser leída aunque desaparezcan la coloración e impresiones de superficie.

    Numero de serie (ser Nº) Tipo (TYPE)Numero de modelo (MODEL) Potencia (HP)Armazón (FRAME)Factor de servicio (Su Factor) Amperaje (AMPER)Voltaje (VOLTS)Clase de aislamiento (INSUL) Velocidad (RPM)Frecuencia (HERTZ) Servicio (PUTY) Temperatura Ambiente (°C) Numero de Fases (FHASE)Clase de (KVA)Diseño (DESIGN)Cojinetes (SE BERNING)Secuencia de fase (FHASE SEQUENSE)

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    SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES 

    Estator y Rotor de los motores de tipo Jaula de Ardilla y Rotor Bobinado. 

    Rotor de jaula de ardil la. Está constituido por barras de cobre o de aluminio y unidas en sus extremos a dos anillos del mismo material.

    Rotor bobinado o de anillos rozantes. El rotor está constituido por tres devanados de hilo de cobre conectados en un punto común. Los extremos pueden estar conectados a tres anillos de cobre que giran solidariamente con el eje (anillos rozantes). Haciendo contacto con estos tres anillos se encuentran unas escobillas que permiten conectar a estos devanados unas resistencias que permiten regular la velocidad de giro del motor. Son más caros y necesitan un mayor  

    mantenimiento.

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    Motor de Inducción 3Φ Rotor Bobinado. 

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    Placa Característica. 

     _ Nombre o marca registrada del fabricante _ Modelo _ Designación de armazón. _ Potencia nominal en kW (cp). _ Tensión nominal en volts. _ Corriente nominal a carga plena en amperes. _ Corriente a factor de servicio. _ Frecuencia eléctrica en Hz. _ Monofásico o trifásico. _ Frecuencia de rotación a carga plena en r/min o min-1 _ Diagrama de conexiones. _ Factor de servicio. _ Tipo servicio (continuo o intermitente). _ Posición del Motor. _ Clase de aislamiento. _ Máxima temperatura ambiente. _ Indicar temperatura ambiente a 1000 m.s.n.m. _ Letra de clave para kVA de rotor bloqueado por kW (cp). _ Letra de diseño. _ Marcar en la placa: Eficiencia Premium _ La eficiencia nominal a carga plena en por ciento (2 dígitos enteros y 1 decimal) _ Designación de cojinetes. _ Sistema de lubricación y característica del lubricante. _ Potencia de calefactores en watts. _ Tensión de alimentación de calefactores en volts. _ Características de rodamientos o cojinetes. _ Símbolo NOM-ANCE de autorización para la comercialización en México. _ La leyenda “Hecho en México” o indicación del país de origen. _ Número de serie. _ Peso del motor en Kg. _ Sentido de rotación del eje o flecha.En los motores a prueba de explosión, se debe incluir una placa adicional donde se indique, clase, grupo y división para la cual fue construido avalada por UL o equivalente.

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     Arranque Estrel la – Triangulo. 

    Cuando un motor se arranca directamente, la intensidad en ese momento es de 5 a 7 veces mayor que a plena carga. Por esta razón cuando los motores tienen potencias grandes, es necesario buscar algún método para reducir esa corriente de arranque. A estos procedimientos selos llaman indirectos y entre ellos se encuentra el arranque Estrella - Triangulo, entre otros. Este método es el más utilizado en los motores de media y baja potencia. Con este método el aumento de intensidad en el arranque será solo de 2 a 4 veces la intensidad nominal, o sea 3 veces menos que con un arranque directo.Para que a un motor se le pueda hacer el arranque estrella - triangulo la tensión de red y la de triangulo del motor, es decir, la de cada bobina, deben ser iguales.

    Ejemplo: si tenemos una red de 380 y la placa del motor nos dice 220/380 V el motor NO es 

    compatible para la conexión estrella - triangulo ya que para triangulo debe alimentarse con 380.Volts y esa es la tensión de red. En la placa del motor deberá indicar 380/440 o 380/660vNota: El arranque en Estrella también se hará en 220 V o sea √3  (1.73) veces menor que latensión requerida (380/√3).

    En la caja de conexión de un motor que se pueda conectar en Estrella - Triangulo, vamos a encontrar seis bornes, los cuales corresponden a los principios (U, V, W ) y a los finales ( X, Y, Z ) del devanado estatórico, siendo su colocación internacional la indicada, y que corresponde a las bobinas o grupos de bobinas de las fases R, S, T. En la figura podemos apreciar mejor lo dicho en este último párrafo:

    PRINCIPIO

    FASES 

    FINALES

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    SISTEMA DE CONTROL DE MOTORES 

    De acuerdo a esta disposición interna de los devanados y con unos puentes o placas se puede realizar la configuración para que se arranque directamente en Estrella o Triangulo, las combinaciones pueden ser las que se muestran abajo.

    Como nosotros queremos realizar un arranque indirecto no necesitamos de estos puentes ya que estas configuraciones, Estrella para arranque y Triangulo para la marcha, las vamos a 

    realizar a través de contactores y lógica eléctrica.

    Configuración de los bornes para que funcione en Triángulo. Se une un principio con un final de otro devanado hasta formar el 

    triángulo. 

    Configuración de los bornes para que funcione en Estrella. Se cortocircuitan los tres finales y se forma el centro de la estrella.