1TXA007106G0701Cuadernos de aplicaciones tcnicas 6El motor asncrono trifsicoGeneralidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones1ndiceCuadernos de aplicaciones tcnicasIntroduccin .............................................. 21El motor asncrono trifsico1.1 Tipos y usos ............................................ 31.2 Estructura del motor asncrono .............. 42Proteccin y maniobra delmotor asncrono2.1 Principales definiciones normativasde carcter general ................................. 62.2 Principales prescripciones normativasrelativas a la coordinacin ...................... 82.2.1 Arranque normal y pesado .................................... 82.2.2 Coordinacin de tipo 1 y tipo 2 ............................. 93Principales modalidadesde arranque de un motorasncrono trifsico conrotor de jaula de ardilla3.1 Arranque directo ................................... 103.2 Arranque a tensin reducida ................. 103.2.1 Arranque en estrella-tringulo (Y/A)................... 103.2.2 Arranque con autotransformador ........................ 123.2.3 Arranque con reactores o resistenciasestatricas ............................................................... 123.2.4 Arranque con arrancador suave .......................... 134Aparamenta y solucionesABB para la coordinacin4.1 Consideraciones tericas sobre laaparamenta de una coordinacin ......... 144.1.1Dispositivos utilizados normalmente ycombinaciones posibles ..................................... 144.1.2Aplicaciones particulares .................................... 204.1.3Aparamenta ABB para la coordinacin .............. 204.2 Interpretacin de las tablas ABBpara la coordinacin de motores .......... 245Identicacin de un motorasncrono: principalesparmetros del motor ............ 27El motor asncrono trifsicoGeneralidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionesApndice A:Teora del motor asncrono trifsico ...................... 28Apndice B:Una primera aproximacin a la valoracin deltiempo de arranque.............................................. 30Apndice C:Funcionamiento con "falta de fase"y proteccin trmica............................................. 32Apndice D:Los distintos tipos de servicio ............................... 35Apndice E:Indicaciones sobre la coordinacin UL ................. 39Glosario.............................................................. 422Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionesIntroduccinIntroduccinLos motores asncronos trifsicos pueden incluirse entrelas mquinas elctricas ms fiables que existen; desa-rrollan su funcin durante muchos aos con interven-ciones de mantenimiento muy reducidas y se adaptana distintas prestaciones en funcin de las exigencias,cubriendo tanto aplicaciones de produccin como deservicio.Los motores se utilizan en los sectores industriales msvariados, como por ejemplo las industrias alimentaria,qumica, metalrgica, papelera, minera o las instalacio-nes de tratamiento de aguas. Las aplicaciones incluyenmquinas con piezas mviles a velocidad fija o variable,comoporejemplolossistemasde elevacin, comoascensores omontacargas; de transporte, comolascintas transportadoras; los sistemas de ventilacin yclimatizacin, como las unidades de tratamiento del aire;sin olvidar el que es probablemente el uso ms comn:las bombas y los compresores.Estas indicaciones evidencian por qu el motor asncro-no trifsico puede considerarse como la mquina elctri-ca ms ampliamente utilizada en el entorno industrial (elconsumo de energa de los motores elctricos constituyeaproximadamente el 75% del consumo total del sectorindustrial). A la luz de estos datos se entiende por ques tan importante para la economa empresarial y para lamejora de la eficiencia energtica en general, potenciaruna reduccin delconsumo elctrico (elcoste de unmotor durante su vida til se debe en aproximadamenteun 98%al consumo de energa y en el 2%restante alos gastos de compra y mantenimiento) recurriendo, porejemplo, a la utilizacin de accionamientos de velocidadvariable mediante inversores, obienrealizandounacorreccin del factor de potencia para tener un cosidneo para evitar incurrir en penalizaciones, o de formaan ms directa, utilizando motores de alta eficienciaidentificados con la sigla "EFF1", con caractersticasconstructivas y materiales muy avanzados que permitenreducir el consumo elctrico hasta el 20%.Elsiguiente cuadernotcnico(elsextodentrode lacoleccin de cuadernos de aplicaciones tcnicas deABB) puede subdividirse principalmente en5reas;empieza con una visin general de la estructura del mo-tor asncrono, que da paso al anlisis de las principalesprescripciones normativas relativas a la coordinacin.Se proporcionan adems informaciones generales sobrelas principales modalidades de arranque, continuandoposteriormente con una panormica de los dispositivosque ABB puede ofrecer para realizar el arranque del mo-tor, acompaada de un ejemplo de interpretacin de lastablas de coordinacin oficiales de ABB. La ltima parteest dedicada al anlisis de algunos de los principalesdatos de la placa del motor. Los 5 apndices abordanpor su parte los siguientes temas: una aproximacin a lateora del motor asncrono con el intento de facilitar ele-mentos bsicos para comprender su principio funcional;un ejemplo de valoracin, en una primera aproximacin,del tiempo de arranque en funcin de las caractersticasdel motor y de la carga; algunas consideraciones sobreel funcionamiento del motor con falta de fase; una pro-fundizacin en el concepto de "tipos de servicio" conreferencia a las prescripciones normativas; y, por ltimo,una indicacin de la coordinacin de motores segn lasprescripciones de la normativa UL.2 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones3 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones1 El motor asncrono trifsico1Elmotorasncronotrifsico1.1Tipos y usosEl motor asncrono trifsico puede ser:- con rotor bobinado, llamadotambin de anillos, obien- con rotor en cortocircuito, o ms conocido como rotorde jaula de ardilla.La diferencia principal entre los dos tipos reside en laestructura del rotor; para ser ms precisos, en el primertipo el rotor est constituido por varios devanados comolos del esttor, presenta una estructura ms complejay delicada (escobillas que rozan con elrotor, con laposible interposicin de resistencias para el control dela fase de arranque) con necesidad de mantenimientoperidico y dimensiones generales elevadas, mientrasque el segundo tipo tiene un rotor constituido por ba-rras cerradas en cortocircuito, por lo que, gracias a unamayor simplicidad constructiva, da origen a un tipo demotor muy simple, robusto y econmico.Gracias al desarrollo de la electrnica de control, quepermite la regulacin de la velocidad de un modo muysimple y eficaz, todas aquellas aplicaciones que prio-rizaban la utilizacin de motores sujetos a tener en supropiocomportamientointrnsecolaposibilidaddeuna regulacin de la velocidad(motores de corrientecontinua omotores de anillo) han cedidosu puestoa los motores asncronos, en particular a los de jaulade ardilla, que se utilizan comnmente para controlarbombas, ventiladores, compresoresymuchasotrasaplicaciones industriales.ABB produce y comercializa una gama completa de mo-tores de baja tensin, desde los de aplicaciones simpleshasta los de aplicaciones ms complejas. ABB ofrecesiempre la solucin ms idnea y rentable, proponiendomotores para todo tipo de usos.En referencia a las aplicaciones ms comunes, puedeidentificarse un mbito de aplicaciones definido comode "usogeneral" cuyos motores estn destinados alas aplicaciones de los OEM o fabricantes de equiposoriginales y que pueden solicitarse directamente a losdistribuidores de todo el mundo.Los motores de esta categora se caracterizan por unacalidad constructiva elevada y tienen como destinatariospreferentes a los fabricantes de ventiladores, bombas,compresores, equipos de elevacin, etc.Satisfacenlaclasedeeficiencia"EFF2" ytambinestn disponibles en la clase de eficiencia "EFF1" sise desea.La gama de motores ABB definida como de "uso gene-ral" comprende los siguientes tipos: Motores estndar con carcasa de aluminiode 0,06 a 95 kW Motores estndar con carcasa de acerode 75 a 630 kW Motores estndar con carcasa de fundicin dehierro de 0,25 a 250 kW Motores con proteccin IP23 de 75 a 800 kW Mot oresdefrenadoaut omt icode0,055a22 kW Motores monofsicos de 0,065 a 2,2 kW Mot oresint egradosconinversor de0,37a2,2 kWLos motores ABBestn provistos de la marca CE ycumplen con las principales normas internacionales ynacionales del sector (tambin reconocidas por la Comi-sin Electrotcnica Internacional, IEC), por ejemplo lasnormas IEC 60034-1, IEC 60034-2, IEC 60034-8 e IEC60034-12, referentes a los aspectos de tipo elctrico,y las normas IEC 60034-5, IEC 60034-6, IEC 60034-7,IEC 60034-9, IEC 60034-14 e IEC 60072, para el sectormecnico.4Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones1.2Estructura del motor asncronoPara comprender mejor cmo est estructurado un mo-tor asncrono trifsico, proporcionamos a continuacinuna breve descripcin de las principales partes quecomponen el mecanismo de rotacin y en las que segeneran los fenmenos elctricos de los que deriva sufuncionamiento.El primer elemento que describimos es el esttor, quese puede definir como el conjunto de las partes fijascuya funcin es sostener, almenos parcialmente, lamquina, perofundamentalmente constituye la partedel circuitomagnticoque contiene losdevanadosinductores alojados en las ranuras adecuadas a ese finy en correspondencia con su superficie interna.El esttor (representado en la figura 1) est constituidopor lminas de una aleacin de acero al silicio o de aceromacizo aisladas entre s. De su estructura depende todolo concerniente a los flujos magnticos variables en eltiempo que provocan prdidas por histresis (ligadas ala magnetizacin no lineal del material) y por corrientesparsitas inducidas.En las ranuras adecuadas en la estructura de las lmi-nas se insertan tres devanados primarios (cada uno deellos constituido por ms devanados interconectadosde distinta forma), a los que se aplica la tensin de ali-mentacin y que generan el campo magntico.Los devanados estatricos trifsicos pueden conectar-se en estrella o en tringulo, algo que es posible conmotores dotados de 6 bornes, permitinedo alimentar unmismo motor con tensiones trifsicas de redes distin-tas. Por ejemplo, la doble indicacin podra ser 230 VA- 400 VY o 400 VA - 690 VY, donde el smbolo Y o Ase refiere a la conexin de los devanados del esttor y1ElmotorasncronotrifsicoFigura 2: Rotor de un motor asncrono trifsico Figura 1: Esttor de un motor asncrono trifsicoDevanadosLminasRanurasEl segundo elemento es el rotor, que est alojado en elinterior del esttor y constituye el circuito inducido de lamquina. Para un motor de jaula de ardilla, el rotor, taly como se muestra en la figura 2, est constituido porun sistema de barras conductoras (de cobre o aluminio)paralelas al eje de rotacin, inyectadas directamente enlas ranuras practicadas a lo largo de toda la periferiaexterna del ncleo ferromagntico.Las barras secierran en cortocircuito con dos anillos con-ductores posicionados en los extremos, que constituyentambin una fijacin mecnica para las propias barras.Se obtiene as un rotor extremadamente compacto yrobusto, al que se fija tambin el eje del motor.El campo magntico inducido, que constituye el principiofuncional del motor, hace girar el eje del motor convirtien-do as la energa elctrica en energa mecnica.se entiende por ejemplo para el segundo caso (400 VA-690 VY) que los devanados del motor conectados en Apueden conectarse a una red trifsica a 400 V (tensinconcatenada, o sea, entre fase y fase), mientras si parael mismo motor la conexin de los devanados del esttorse realiza en Y, el mismo motor puede conectarse a unared de alimentacin a 690 V (los devanados en Y sernsometidos a la tensin de red reducida 3veces).5 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones1ElmotorasncronotrifsicoFigura 3: Vista de conjunto y seccionada de un motor asncrono Tambin existen otros componentes mecnicos presen-tes en el motor. Los principales son:- los dos cojinetes montados sobre elesttor con lafuncin de apoyar el eje del motor;- la carcasa, que con las aletas, elimina el calor produ-cido sobre todo por el esttor y que contiene tambinla bornera de conexin;- el ventilador, que proporciona la refrigeracin.En la figura 3 se ofrece una vista de conjunto y otraseccionada delmotor asncronotrifsicode jaula deardilla.CojineteEje motorBorneraEsttor condevanados estatricosVentilador derefrigeracinFlujo del aire derefrigeracinRotordejauladeardillaAletas derefrigeracinCarcasa6Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones2Proteccinymaniobradelmotorasncrono2 Proteccin y maniobra del motor asncronoUn aspecto importante que se ha de tener en cuenta enla seleccin y la realizacin del sistema para el arranquey el control del motor es el relativo a la seguridad y a lafiabilidad de la solucin realizada. Las principales causasde defecto en los motores se deben al cortocircuito queocurre, por ejemplo, debido a la humedad, la grasa, elpolvo entre los devanados o por una sobrecarga. Lassobreintensidades que resultan deldefecto provocansobretemperaturas que pueden daar el motor de formairreversible y pueden tambin originar incendios en elentorno.El arranque constituye por tanto una fase particularmentecrtica para el motor y para la instalacin que lo alimenta,e incluso el funcionamiento nominal necesita ser moni-torizado y protegido adecuadamente frente a posiblesanomalas de funcionamiento.Con este objetivo es necesario e importante dimensionary escoger correctamente los aparatos elctricos querealizan el arranque y la maniobra del motor. Empezamosa adentrarnos en este campo identificando la norma quecompete a este tema, la IEC 60947-4-1 "Contactores y arrancadores electromecnicos", que se aplica a loscontactores de corriente alterna y de corriente continuay a los arrancadores cuyos contactos principales estndestinados a conectarse a circuitos cuya tensin nominalno supere 1000 Vca o 1500 Vcc.2.1 Principales definiciones normativas decarcter generalEn referencia a la norma IEC 60947-4-1 citamos algunasdefiniciones decarcter general queayudanacomprenderel significado y la funcin de los principales componenteselctricos utilizados para el control de un motor.Arrancadores para motores de corriente alternaAsociacin de aparatos destinados a: arrancar y acelerarlos motores hasta su velocidadde rgimen, asegurarsu funcionamiento continuo, desconectarlos de la redde alimentacin y asegurar la proteccin de los propiosmotores y de los circuitos asociados a los mismos contrasobrecargas de funcionamiento. Los rels de sobrecargaparaarrancadores, incluidos los basados en la tecnologadel estado slido, deben satisfacer las prescripciones dela presente norma.Arrancadores directosArrancadores que aplican la tensin de lnea a los termi-nales del motor en una sola operacin; estn destinados aarrancar y acelerar motores hastasuvelocidad dergimen.Deben asegurar las funciones de maniobra y proteccincomo en la definicin general.Adems, se introducen dos puntualizaciones adicionalesbasadas en la modalidad de maniobra admitida para elmotor y, en particular, para la inversin del sentido derotacin.Arrancador inversorArrancador destinado a provocar la inversin del sentidoderotacindel motor, invirtiendo las conexiones primarias,incluso si el motor est en funcionamiento.Arrancador reversibleArrancador destinado a provocar la inversin del sentidode rotacin de un motor, invirtiendo las conexiones pri-marias, slo cuando el motor est parado.ArrancadoresdecorrientealternacontensinreducidaArrancadores de corriente alterna con tensin reducidadestinados a arrancar y acelerar motores hasta su veloci-dad de rgimen, conectando la tensin de lnea a los ter-minales del motor a escalones sucesivos, o aumentandogradualmente la tensin aplicada a los terminales. Debenasegurar las funciones de maniobra y proteccin comoen la definicin general. Para controlar las maniobras su-cesivas de un escaln al siguiente pueden utilizarse, porejemplo, contactores, rels temporizados o productossimilares.El tipo de arrancador con tensin reducida ms comnes el arrancador en estrella-tringulo definido a conti-nuacin.Arrancadores en estrella-tringuloArrancadores destinados a arrancar un motor trifsicocon los devanados del esttor conectados en estrella y aasegurar el funcionamiento continuo con los devanadosdel esttor conectados en tringulo. Deben asegurar lasfunciones demaniobray proteccin como en ladefinicingeneral. Los arrancadores en estrella-tringulo, tratadosen la presente norma, no estn destinados a la inversinrpida de los motores y, por lo tanto, no se aplica la ca-tegora de utilizacin AC-4.Lanormatambin contempla otros tipos dearrancadores(arrancadores con autotransformador, arrancadores reos-tticos estatricos) para cuya definicin se recomiendaconsultar la propia norma.Los arrancadores de los que trata la norma no estnprevistos generalmente para la interrupcin de las co-rrientes de cortocircuito. Por lotanto, debe preverseuna proteccin adecuada contra los cortocircuitos en lainstalacin.Una vez definido el arrancador en lo que a sus funcionesy sus componentes se refiere, la norma proporciona unaclasificacin y una categorizacin adicionales a partirde la asociacin del arrancador con un dispositivo deproteccin contra cortocircuitos, haciendo referencia asus modalidades de montaje y de cableado con el propioarrancador, como se indica a continuacin.Comenzaremos definiendo, conforme a la norma IEC60947-2 "Aparamenta de baja tensin Parte 2: Interrup-tores automticos", el dispositivo de proteccin utilizado normalmente, o sea, el interruptor, como:7 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones2ProteccinymaniobradelmotorasncronoAparato mecnico de maniobra capaz de establecer, so-portar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, as como de establecer, soportar durante un tiempoespecicadoeinterrumpircorrientesencondi-cionesanmalasdelcircuito,comoporejemplolasde cortocircuito.A continuacin pasamos a definir y diferenciar el con-junto de los aparatos de maniobra y proteccin con lassiguientes definiciones:Arrancador combinadoAparamenta que consiste en un arrancador y un dispo-sitivo de proteccin contra cortocircuitos, montada ycableada en una envolvente especfica. El dispositivo demaniobra y proteccin contra cortocircuitos puede seruna unidad combinada con fusibles, un seccionador confusibles o un interruptor automtico con o sin funcionesde seccionamiento.Arrancador protegidoAparamentaqueconsisteenunarrancador y undispositivode proteccin contra cortocircuitos, descubierta o en en-volvente, montada y cableada siguiendo las instruccionesdel fabricante del arrancador. El dispositivo de maniobracontrolado manualmente y el dispositivo de proteccincontra cortocircuitos pueden estar constituidos por unnico dispositivo y pueden tener incorporada tambin laproteccin contra sobrecargas.En la definicin del arrancador se habla de aparato demaniobra que se puede identificar en un contactor yde un aparato para la proteccin contra sobrecargasdefuncionamientoidentificableenunreltrmico.Veamos ahoracmo definelanormaIEC60947-4-1 estosdos componentes del arrancador.Contactor (mecnico)Aparato mecnico de maniobra con una sola posicinde reposo, de accionamiento no manual, capaz de esta-blecer, soportar e interrumpir corrientes en condicionesnormales del circuito, incluidas las condiciones de sobre-carga de maniobra.Rel de proteccin de sobrecargaRel multipolar de proteccin de sobrecarga trmicoque interviene en caso de sobrecorrientes de carctermoderado (sobrecargas) sobre el circuito que alimentael motor. Para la aplicacin a menudo se requiere de unaparato queintervenga incluso en el caso defaltadefase,segn las prescripciones especificadas, demaneraqueseasegurelaproteccindel motor queestuvierafuncionandoen condiciones anmalas.La norma especifica diversos campos de aplicacin paralos contactores y los arrancadores introduciendo el con-cepto de categoras de utilizacin o empleo.Categora de utilizacinSe identifican diversas categoras de utilizacin caracteri-zadas por las aplicaciones resumidas en la tabla 1. Cadacategora de utilizacin identifica prestaciones mnimasbien definidas para el contactor (por ejemplo, campo deaplicacin o capacidad nominal de interrupcin) segnvalores de corriente, tensin, factor de potencia o cons-tante de tiempo y condiciones de prueba especificadasen la norma.Tipo decorrienteCategora deutilizacin Aplicaciones tpicas(1)CorrientealternaAC-1 Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de resistenciaAC-2 Motores de anillos: arranque, paroAC-3 Motores de jaula de ardilla: arranque, paro del motor durante la marcha (2)AC-4 Motores de jaula de ardilla: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por impulsosAC-5a Control de lmparas de descargaAC-5b Control de lmparas incandescentesAC-6a Control de transformadoresAC-6b Control de bateras de condensadoresAC-7a Cargas ligeramente inductivas en aplicaciones domsticas y similaresAC-7b Cargas de motores en aplicaciones domsticasAC-8a Control de motores para compresores hermticos de frigorficos con rearme manual del rel de sobrecargaAC-8b Control de motores para compresores hermticos de frigorficos con rearme automtico del rel de sobrecargaCorrientecontinuaDC-1 Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de resistenciaDC-3Motores en derivacin: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por impulsosFrenado dinmico de motores de CCDC-5Motores en serie: arranque, frenado a contracorriente, maniobra por impulsosFrenado dinmico de motores de CCDC-6 Control de lmparas incandescentesTabla 1: Categoras de utilizacin(1) En lo referente al campo de aplicacin relacionado con el arranque de los motores, para los arrancadores directos se consideran normales las aplicaciones para las quelos arrancadores pertenecen a una o ms de las categoras de utilizacin AC-3, AC-4, AC-7b, AC-8a y AC-8b; para los arrancadores en estrella-tringulo, se considerande uso comn las aplicaciones para las que los arrancadores pertenecen a la categora de utilizacin identificable con AC-3.(2) Normalmente las aplicaciones ms comunes prevn arrancadores directos para la maniobra de motores trifsicos asncronos de jaula de ardilla, por lo que incluso eneste caso se hace referencia slo a la categora AC-3. Para esta aplicacin, la norma admite condiciones de funcionamiento ligeramente diversas a las prescripcionesdadas por la categora AC-3 y admite una utilizacin para maniobras espordicas por impulsos o frenados a contracorriente por periodos limitados, como los relativosal posicionamiento de la mquina; durante dichos periodos limitados, el nmero de estas operaciones no debera superar la cifra de cinco por minuto o de diez en unperiodo de 10 minutos.8Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones2Proteccinymaniobradelmotorasncrono2.2 Principales prescripciones normativasrelativas a la coordinacinLos aparatos que se pueden identificar a partir de lasdefiniciones precedentes y que se utilizan comnmentepara realizar un arrancador protegido son:- un dispositivo de proteccin contra cortocircuitos, porlo general un interruptor magntico (pueden utilizarsefusibles),- un dispositivo de maniobra como el contactor,- un dispositivo de proteccin contra las sobrecargas,como el rel trmico.Estos aparatos deben escogerse adecuadamente pararealizar la correcta maniobra y proteccin del motor perotambin de forma coordinada entre s, para asegurar laproteccin de los elementos del arrancador con el obje-tivo de mantener la seguridad de la instalacin.Las prestaciones del dispositivo deproteccin contracor-tocircuitos deben ser adecuadas y verificadas en relacincon las caractersticas de los componentes utilizados encada aplicacin.Las verificaciones de proteccin de estos aparatos lasrealiza el fabricante en referencia a datos experimentalesy caractersticas de los productos que no se especificanen los catlogos tcnicos o comerciales. Por lo tanto, nor-malmente el fabricante pone a disposicin del encargadodel proyecto las tablas decoordinacin en las queseindi-can los componentes que se deben utilizar para obtenerlas caractersticas declaradas para la coordinacin.Lautilizacin deun componentedel arrancador (contactoro dispositivo de proteccin trmica) o de un dispositivode proteccin contra cortocircuitos que no respondaa las prescripciones del fabricante puede hacer que lacoordinacin utilizada no sea idnea.Una coordinacin para arranque de motor (entendidocomo interruptor+contactor+rel trmico), adems dereferirse a la intensidadnominaldelmotor que debemaniobrarse y de tener validez para una determinadatensin y corriente de cortocircuito, se clasifica como"normal" o "pesado" y de "tipo 1" o "tipo 2".En una primera clasificacin puede decirse que la dis-tincin entre arranque normal o pesado est ligada altiempo de arranque y a la caracterstica de disparo de laproteccin trmica, mientras que la existente entre coor-dinacin de tipo 1 o 2 est ligada a cmo el dispositivode proteccin contra cortocircuitos protege los aparatosde maniobra (contactor) y de proteccin contra las so-brecargas (rel trmico externo).A continuacinproporcionamosalgunoselementosms detallados para distinguir los diversos tipos dearranque.2.2.1 Arranque normal y pesadoUna clasificacin de los tipos de arranque est ligadaa las caractersticas de carga y del consiguiente com-portamiento del rel trmico. Con relacin al hecho deque el rel trmico est o no compensado trmicamente(normalmente se emplean rels trmicos compensados,es decir, un principio funcional segn el cual el desem-peo permanece inalterado cuando vara la temperaturade trabajo), la norma indica prescripciones a las quedeben responder los rels y que caracterizan la curvade disparo, pero en particular proporciona los tiemposde disparo correspondientes a 7,2 x lr (lr = corriente deajuste de la proteccin trmica) a partir de los cuales seintroduce el concepto de clase de disparo o clase dearranque, como se indica en la tabla 2.Tabla 2: Clases de arranqueClases dedisparoTiempo de disparoTi [s] para 7,2 x IrTiempo de disparoTi [s] para 7,2 x Ir(banda E)2 Ti s 23 2 < Ti s 35 0,5 < Ti s 5 3 < Ti s 510A 2 < Ti s 10 10 4 < Ti s 10 5 < Ti s 1020 6 < Ti s 20 10 < Ti s 2030 0,5 < Ti s 30 20 < Ti s 3040 30 < Ti s 40El significado de los trminos que aparecen en la tablase puede entender mejor con las siguientes considera-ciones.El parmetro 7,2 x lr representa el mltiplo de la corrienteajustada en el rel de proteccin, y el factor multiplicativo7,2 lo fija la norma del producto.Normalmente "Ir" coincide con la intensidadnominaldel motor "Ie", y el valor de 7,2 x Ir puede considerarsela corriente que absorbe el motor durante su fase dearranque.Lasclasesde disparoconsideradasnormalmente yutilizadas ms a menudo son las 10A 10 20 30 enreferencia al tiempo "Ti" de la columna central. Es prc-tica comn hablar de arranque normal al que se asocianlas clases de arranque 10A y 10, o de arranque pesadorefirindose en este caso a las clases 20 y 30.Las otras clases de disparo y el tiempo de disparo indica-do con la banda "E" han sido introducidos recientementepor la norma IEC 60947-4-1 y se caracterizan por uncampo de disparo ms limitado para elevar el tiempomnimo de no disparo.Los lmites indicados por "Ti", que es el tiempo genricode disparo de la proteccin trmica, tienen el siguientesignificado:- el lmite inferior es el tiempo mnimo por debajo del cualel rel no debe disparar para no interferir en la fase dearranque;9 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones2Proteccinymaniobradelmotorasncrono- el lmite superior es el tiempo en el que el rel debedisparar con seguridad. Este lmite se fija en referenciaa las caractersticas estndar de la mquina que permi-ten a los devanados del esttor o al motor en generalsoportar la corriente de arranque y los efectos trmicosgenerados por la misma durante tiempos relativamentebreves.Con un simple ejemplo numrico puede resultar msclaro el significado de la informacin presentada en latabla. Supongamos que tenemos un motor que se uti-liza para una aplicacin especfica que necesita de untiempo de arranque de 5 s; la eleccin de un dispositivode proteccin trmica que forme parte de la clase dedisparo 10A y 10 no sera idnea, ya que tericamenteen la fase de arranque a 2 s o 4 s podra ya intervenir,por lo que se debe escoger necesariamente un rel dela clase 20 que no interviene hasta los 6 s, consintiendoel arranque completo de la mquina.A continuacin mostramos en la figura 4 un ejemplotpico de curvas de proteccin de un rel para el arran-que de motores; de su anlisis se desprende la corres-pondencia entre el valor del tiempo de disparo "Ti" yla clasificacin de pertenencia a las distintas clases10A 10 20 30 que caracteriza al rel.De hecho, podemos ver por ejemplo cmo en corres-pondencia con 7,2 x Ir (se recuerda el valor fijado por lanorma), el rel declarado en la clase 30 tiene un tiempode disparo de alrededor de 23 s (punto A), concorde portanto con las indicaciones de la anterior tabla 2.Figura 4: Curvas de disparo de un rel trmico para diversas clases de arranqueLas caractersticas de la carga que deber arrastrar elmotor, el tipo de motor y la modalidad de arranque sonelementos que influyen en el tiempo de arranque y, enconsecuencia, en la eleccin deldispositivode pro-teccin trmica. De forma puramente indicativa y paraproporcionar una indicacin ligada a las aplicacionesreales, podemos decir que las hlices de maniobra deembarcaciones, compresores y bombas centrfugas pue-den formar parte de lo que se ha definido como arranquenormal (por lo tanto, con proteccin trmica de clase10 o 10A), mientras que, por ejemplo, los ventiladorescentrfugos, las mezcladoras, los agitadores y los molinosformaran parte de lo que se ha definido como arranquepesado (es decir, con proteccin trmica de clase 30).Ntese lo importante que es establecer las condicionesde trabajo para una eleccin correcta de la mquina ydel dispositivo de proteccin a fin de poder obtener lascondiciones de funcionamiento ptimas.Corriente de disparo enmltiplos de lacorriente deregulacinMinutosSegundos120100806040201086424012010864210,8 1 1,2 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 107,2xIrABCClase 30Clase 20Clase 10Tiempodedisparo2.2.2 Coordinacin de tipo 1 y tipo 2Los tipos de coordinacin que permite la normativa,en loreferente alcomportamientodeldispositivodeproteccin contra cortocircuitos de los elementos delarrancador, se clasifican en "tipo 1" y "tipo 2".La coordinacinde tipo"1" encondicionesde cor-tocircuito tolera los daos del contactor y del rel desobrecarga que podran no funcionar ms adelante sinuna reparacin o sustitucin de piezas. Sin embargo, esnecesario que no provoquen daos a las personas o alas instalaciones, como en el caso de partes de compo-nentes proyectadas fuera de la envolvente.La coordinacin de tipo "2" en condiciones de cortocir-cuito asume el riesgo de la soldadura de los contactos,con tal de que stos puedan separarse fcilmente (p. ej.,mediante un destornillador) sin deformaciones significa-tivas. Es necesario que el contactor o el arrancador noprovoquen daos a las personas o a las instalaciones yque estn capacitados para reanudar el funcionamientouna vez recuperadas las condiciones normales.De la definicin de los dos tipos de coordinacin sepuede deducir que la "coordinacin de tipo 1" permitela utilizacin de aparamenta con magnitudes inferiores,lo que conlleva un ahorro inicial de gastos y dimensio-nes, en detrimento de un elevado grado de seguridady, por lo tanto, con sucesivos costes de mantenimientoy sustitucin en caso de averas. La "coordinacin detipo 2" responde a cnones de seguridad ms elevadosy su superior coste inicial puede amortizarse conside-rando el hecho de que, en caso de avera, los aparatosde maniobra y proteccin podran volver a funcionar sinser sustituidos.10Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones3Principalesmodalidadesdearranquedeunmotorasncronotrifsicoconrotordejauladeardilla3Principales modalidades de arranque de un motorasncrono trifsico con rotor de jaula de ardillaIndependientemente de las clasificaciones antes men-cionadas, el arranque de un motor asncrono trifsico,para las aplicaciones en las que nose necesite unavariacindelavelocidaddelasmquinas, puederealizarse mediante diversas soluciones de instalacinque se diferencian por el modo en que se les aplica latensin a los devanados del esttor y por el valor delos parmetros elctricos y mecnicos que producen,por ejemplo, esfuerzos ms o menos violentos sobrela mquina elctrica, peroque ponena disposicinparmetros de par inicial de arranque de valores muydiversos.Comenzaremos entrando ms en detalle en lo que res-pecta a los tipos de arranque ms comunes.3.1 Arranque directoEl sistemadearranquedirecto es quizs el ms tradicionaly consiste en conectar el motor directamente a la red dealimentacin elctrica ejecutando, por lo tanto, un arran-queaplenatensin; amenudo seabreviacon lasiglaDOL(Direct On Line, "directo en lnea").El arranque directo representa el sistema ms simpley econmico para arrancar el motor asncrono de jaulay es tradicionalmente el ms utilizado. Prev, como semuestra en la figura 5, la conexin directa a la red dealimentacin y, por lo tanto, el arranque tiene lugar aplena tensin y con frecuencia constante, desarrollandoun par de arranque elevado con tiempos de aceleracinde media muy reducidos. Las aplicaciones tpicas sonrelativas a motores de poca potencia incluso con arran-que a plena carga.Estas ventajas llevan intrnsecas algunos problemas,como por ejemplo laelevadacorrienteinicial dearranque,que puede alcanzar en los primeros instantes valoresde hasta 10 12 veces la intensidad nominal, para de-crecer despus a valores cercanos a las 6 u 8 veces ypermanecer en este rango hasta alcanzar la velocidadde par mxima.Los efectos de dicha corriente pueden identificarse en loselevados esfuerzos electrodinmicos delos cables deco-nexin al motor y podran afectar incluso a los devanadosdel propio motor; adems, los elevados pares iniciales dearranque pueden dar lugar a violentas aceleraciones querepercuten en esfuerzos sobre los elementos de transmi-sin (correas y juntas mecnicas) generando problemasen ladistribucin con laconsecuentereduccin delavidamecnicadelos componentes. Finalmente, handetenerseen cuenta eventuales problemas de naturaleza elctricapor cadas de la tensin en la lnea de alimentacin delmotor o de la aparamenta conectada a la misma.Figura 5: Esquema del principio de arranque directo3.2 Arranque con tensin reducidaLos sistemas dearranque con tensin reducida consistenen conectar el motor a la red de alimentacin elctricaindirectamente.Esto no slo comporta una reduccin de la corrientede arranque, sino tambin la reduccin delpar inicialde arranque. Los tipos ms comunes de arranque sonel arranque con reactores o resistencias estatricas, elarranque en estrella-tringulo, el arranque con autotrans-formador y el arranque con arrancador suave, que inter-viene en la curva de par del motor con el fin de adaptarlaa las caractersticas de la carga.3.2.1 Arranque en estrella-tringulo Y/AEl arranque en estrella-tringulo es el ms conocido yquizs el ms utilizado entrelos mtodos dearranquecontensin reduciday sirveparaarrancar el motor reduciendolos esfuerzos mecnicos y limitando las corrientes duranteel arranque; por contra, pone a disposicin, como ya seha mencionado, un par inicial de arranque reducido.Puede utilizarse para motores dotados de una placacon6bornesycondoble tensinde alimentacin.Resulta especialmente idneo para arranque en vacoocon cargas de par bajoy constante oligeramentecreciente, como es el caso de ventiladores o bombascentrfugas de poca potencia.En referencia alesquema elctricode la figura 6, lamodalidad de arranque prev la fase inicial de arranquecon conexin de los devanados en estrella que se rea-liza con el cierre del interruptor, del contactor de lneaKL y de estrella KY. Tras un periodo de tiempo idneoy debidamente calibrado se pasa a la conexin de losdevanados en A a travs de la apertura del contactor KYy el cierre de KA, que es tambin la configuracin de laM3Interruptor solo magnticoContactor KLRel trmico11 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones3Principalesmodalidadesdearranquedeunmotorasncronotrifsicoconrotordejauladeardillamarcha de rgimen. Estos aparatos se ven afectados porcorrientes, relativas a las diversas fases de arranque, queson inferiores a la intensidad nominal del motor, como seilustrar a continuacin.Incluso laproteccin trmica, quenormalmentesecolocaaguas abajo del nodo de conmutacin Y/A, deber fijarsepara una corriente inferior respecto de la intensidad no-minal del motor. Adems, la proteccin trmica instaladaen esta posicin es sensible a las corrientes de tercerarmnico que se generan por la saturacin del hierro yque permanecen encerradas en el circuito de tringulo.Pasemos a analizar con ms detalle las diversas fasesdel arranque:Fase de estrella (Y)Es la fase de arranque en la que los devanados del mo-tor estn conectados en estrella y por tanto con tensinVL3La corriente resultante enlosdevanadosdelmotor y en la lnea esCon ZW se indica la impedancia del devanado.Tal y como se ha explicado, esta fase del arranque co-incide con la fase de aceleracin y su duracin debe sertal que se alcance casi la velocidad de rgimen.Una duracin demasiado breve no conseguira obtenerla reduccin de los esfuerzos que caracteriza a este tipode arranque y que, por lo tanto, se presentaran en lasucesiva fase de tringulo, reproduciendo condicionesde arranque similares a las del arranque directo.Fase de conmutacinEs la fase en la que, con las maniobras de apertura ycierre de los contactores especficos, se pasa de la fasede estrella a la de tringulo. Son importantes la duraciny la regulacin de la conmutacin; de hecho, el tiempode transicin debe permitir la extincin del arco elctricosobre el contactor de estrella e impedir un cierre prema-turo del contactor de tringulo que cause una condicinde cortocircuito. Sin embargo, un tiempo excesivamenteelevado de paso de Y a A provocara la deceleracin delmotor, con los consiguientes picos de corriente que seformaran en la fase de tringulo.Laconmutacin seregulacon temporizadores analgicoso digitales y, attulo orientativo, el tiempo deconmutacinpuede fijarse en aproximadamente 50 ms. En el tempori-zador se fija tambin el tiempo de duracin de la fase deestrella, es decir, el tiempo de aceleracin o de arranqueque, con carcter general, puede considerarse una fun-cin de la diferencia entre el par medio del motor y el parde resistencia medio del conjunto motor-mquina.Una buena conmutacin, necesaria para que las venta-jas que tericamente caracterizan al arranque Y/A seanefectivas, debe realizarse teniendo tambin en cuenta elsentido de rotacin y la secuencia de las conexiones delos devanados, que se realizan en los bornes del motor,en el paso de Y a A. Si la conmutacin tuviera lugar enun momento en el que el magnetismo residual del rotorse encontrase en oposicin de fase con el campo mag-ntico generado por la corriente del esttor, la demandade corriente podra ser a su vez muy elevada, con valoresque podran alcanzar hasta 20 veces la intensidad nomi-nal. Las consecuencias derivadas de una conmutacinincorrectamente calibrada afectan, adems del motor,al comportamiento de los aparatos destinados a la co-ordinacin, provocando un funcionamiento no idneo eimprevisible.Fase de tringulo (A)La conmutacin que ha tenido lugar contina en la fasefinal del proceso de arranque, que representa tambin lacondicin de marcha de rgimen en la que los devanadosde esttor se conectan en tringulo y son sometidosa la tensin totalde redVL y elmotor recobra elparcompleto, mientras que la corriente que atraviesa losdevanados esIMA=VLZWy la corriente que absorbe de la lnea (intensidad nominal"le" del motor) esFigura 6: Esquema del principio de arranque en estrella/tringuloMInterruptor solo magnticoContactor KLRel trmicoNodo deconmutacinY/AContactorKAContactorKYIMY=VL3x ZWILMA=VLx 3 .ZW..12Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones3PrincipalesmodalidadesdearranquedeunmotorasncronotrifsicoconrotordejauladeardillaFigura 7: Esquema del principio de arranque con autotransformador3.2.2 Arranque con autotransformadorLa reduccin de la tensin de alimentacin se realizamediante un autotransformador con toma fija o con unoms costosode varias tomas, oinclusocon tensinvariable con continuidad.Durante elarranque con autotransformador, como seaprecia en elesquema de la figura 7, elmotor estconectado a una de las tomas del autotransformador(interruptor magntico cerrado, KAcerrado, KYcerrado)que reduce la tensin de red "k veces" y que requiereen el motor una corriente reducida de factor similar alque elmotor absorbera sifuese alimentado directa-mente con toda la tensin. La corriente en el primariodel autotransformador, y tambin en la lnea, se reduce"k2veces". Como consecuencia de la reduccin de latensin en el factor "k" veces, tambin el par inicial dearranque se reducir "k2" veces respecto del arranquea plena tensin.Cuando el motor ha alcanzado indicativamente el 80%- 90% de su velocidad de rgimen, el contactor KY seabre y el motor contina siendo alimentado con tensinreducida por la inductancia de los devanados del auto-transformador. En este momento se cierra el contactorKL y se abre el contactor KA de forma que el motor sealimenta directamente de la red. El arranque con auto-transformador se considera bastante costoso, segura-mente ms que el arranque Y/A, y tiene aplicaciones enmotores de jaula de ardilla de potencia media o alta coninercia elevada.3.2.3 Arranque con reactores o resistenciasestatricasEste tipo de arranque, cuyo esquema de conexin estrepresentado en la figura 8, es idneo para rotores dejaula de ardilla, y la cada de la tensin se produce porreactores o resistencias colocados en serie con el esttoren la fase de arranque (KL cerrado, KB abierto); conse-cuentemente, la tensin que alimenta al motor en la faseinicial disminuye "k" veces respecto a la tensin de red,a la que corresponde una disminucin del par de "k2"veces. La corriente inicial de arranque queda limitada ala mitad de la que se obtendra con el arranque a plenatensin. Una vez completada la fase de aceleracin, losreactores o las resistencias son excluidos (cierre de KB)y el motor vuelve a poseer los parmetros relativos a latensin plena.Pueden realizarse incluso ms exclusiones graduales delos reactores o de las resistencias mediante comandostemporizados. Este mtodo acarrea algunas consecuen-cias, presentes en la fase de arranque, como el notabledescenso del factor depotenciaacausadelas reactanciaso un elevado recalentamiento producido por la disipacinde potencia en las resistencias.MInterruptor solo magnticoContactorKLReltrmicoAutotransformadorContactorKYContactorKAAnalizando las expresiones de las corrientes y las ten-siones antes proporcionadas, se aprecia cmo la fasede arranque en Y tiene lugar a un valor de tensin iguala 0,577 veces la tensin de redVL y que requiere laabsorcin (de la lnea o en los devanados en Y) de 0,33veces la corriente que el motor absorbera de la lneasise arrancara con arranque directoy con elmotorconectado en tringulo. De la precedente relacin rela-tiva a la corriente en la fase de Y a la corriente de lneaen la fase de A se deduce justamente que IMY = VLMA3.De las leyes de la electrnica se deduce cmo la reduc-cin de las corrientes absorbidas reducen los esfuerzoselectrodinmicos en la misma proporcin, mientras quelareduccin delatensin reduceel par inicial dearranquede forma cuadrtica (por lo tanto, 3 veces).Las razones y las caractersticas alegadas anteriormentecon motivode la utilizacin delsistema de arranqueen Y/A (es decir, la reduccin de la elevada cada detensin provocada por la corriente inicial de arranquey la reduccin del excesivo par inicial de arranque quecausara daos a los acoplamientos de la mquina enservicio), en algunos tratados o comentarios tcnicosno se consideran aspectos significativos y reales hastael punto de ratificar como vlido el mtodo de arranqueen Y/A.En cualquier caso no puede negarse el hecho de queeste mtodo se utiliza muy frecuentemente en las apli-caciones industriales clsicas que prevn la utilizacinde motores asncronos.13 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionesCorriente del motorIArranque directoDOLArranquedirectoDOLArranquesuaveArranquesuaveArranque enY/AVelocidad del motorPar del motorCVelocidad del motorArranque enY/A3PrincipalesmodalidadesdearranquedeunmotorasncronotrifsicoconrotordejauladeardillaFigura 8: Esquema del principio de arranque con reactores o resistencias estatricasFigura 9: Esquema del principio de arranque con arrancador suaveFigura 10: Comportamiento de la corriente y del par para diversas modalidades de arranque3.2.4 Arranque con arrancador suaveUn mtodo moderno para realizar el arranque, que puedeque todava requiera de una inversin econmica inicialconsiderable, consiste en utilizar arrancadores estticoselectrnicos comnmente llamados soft starters o arran-cadores suaves. La utilizacin de estos dispositivos, conun esquema de conexin como el de la figura 9, permitereducir la corriente de arranque, determinar el par y fijar eltiempo de arranque; esto hace posible una alimentacinmuy gradualdelmotor que incrementa durante todoel procedimiento, a fin de obtener un arranque lineal,evitando esfuerzos elctricos o en las partes mecnicasque caracterizan en mayor o menor grado los arranquesdirectos y en Y/A. El arrancador suave est constituidoprincipalmente por dos partes: una unidad de potencia yuna unidad de mando y control. Los principales compo-nentes de la unidad de potencia son el disipador trmicoy los tiristores, controlados por la lgica implementadasobre una tarjeta de control, que constituye la unidad demando, generalmente con microprocesador. El esque-ma de conexin tpico utilizado es el que se presenta acontinuacin y que se define como "en lnea". Amenudolos fusibles pueden sustituirse por un interruptor, peroste no permite realizar la proteccin de los tiristoresde forma apropiada en caso de cortocircuito; adems,cuando el tipo de arrancador suave no incorpora unaproteccin trmica en su interior, es necesario el uso deun rel trmico externo instalado aguas arriba del nodode bypass. En referencia al esquema de conexin enY/A, el arrancador suave tambin podra insertarse enEs un sistema adoptado tpicamente por mquinas congran inercia que no necesitan de valores de par y corrien-te particularmente altos durante el arranque.el interior del nodo de conmutacin con una conexindefinida "en tringulo". Por lo general, la fase de arranquetiene lugar con KL cerrado y KB abierto de forma queel arrancador suave pueda controlar el arranque; actoseguido tiene lugar el cierre de KB con la exclusin de laparte de potencia interna del arrancador suave, dejandoactiva la parte de control.En cuanto a las modalidades de arranque directo, enestrella/tringulo y con arrancador suave, a continuacinilustramos, en la figura10, un comportamiento tpicode la corriente de arranque y del par requeridos por elmotor.Se aprecia claramente cmo el arranque directo consti-tuye la modalidad ms costosa en trminos de corrientepero con mayor rendimiento en cuanto al par, y cmo conel arranque en Y/A se corre el riesgo de reducir la corrien-te de arranque, incluso si, como ya hemos subrayado,en el momento de la conmutacin se presenta un valorde pico muy elevado, todo ello con un valor de par inicialdiscreto. Probablemente el arranque ms equilibrado seael arranque con arrancador suave.Interruptor solo magnticoReactores o resistenciasMContactor KLRel trmicoContactor KB14Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionest [s]Rel sobrecargaUmbral de intervencinmagntica I3del interruptorEsquema de lacurva dearranque delmotor asncronoTiempo dearranqueIe 7,2 x Ie 12 x Ie x Ie [A ]4Aparamenta y soluciones ABB para lacoordinacin4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacin4.1 Consideraciones tericas sobre laaparamenta de una coordinacinEl comportamiento del motor asncrono trifsico de jaulade ardilla est representado por parmetros significati-vos, como son:- intensidad nominal "Ie" ligada a la potencia nominal"Pe" a travs del rendimiento y el factor de potencia.La norma IEC60947-4-1 (con su variante de noviembrede 2006) proporciona una tabla que liga a la potenciadel motor un valor de corriente para las diversas ten-siones de la instalacin. Las intensidades nominalesde referencia se determinan para un motor de cuatropolos de jaula de ardilla a 400 V, 1500 rpmy 50 Hz. Lasintensidades nominales de empleo para las otras ten-siones se calculan sobre la base de estos valores.- corriente inicial de arranque "lia" a la que se asigna unvalor de aproximadamente 12 veces le y representa lacorriente mxima requerida por el motor en los prime-ros instantes de la puesta en servicio.- corriente de arranque "larr" a la que se asigna, confor-me a la norma IEC60947-4-1, un valor aproximado de7,2 veces le y representa la corriente requerida en lafase de arranque y que permanece durante el tiempode arranque.Estos parmetros, como se ve en el esquema de la figura11, en principio se asocian a las caractersticas de losdistintos dispositivos de la coordinacin del siguientemodo:- la corriente inicial de arranque Iia influye en la elec-cin del dispositivo de proteccin, que deber tener unumbral de intervencin magntica idneo para permitirla fase inicial de arranque. Adems de este parmetro,el interruptor deber poseer el poder de corte idneopara la corriente de cortocircuito asignada a la tensinde instalacin.- corriente de arranque Iarr y el tiempo de arranquepermiten identificar el tipo de proteccin trmica id-nea para el tipo de servicio requerido; asimismo, elcampo de regulacin del rel debe ser apropiado parala intensidad nominal del motor.Figura 11: Esquema de las curvas de arranque del motor, proteccin trmica y magntica4.1.1 Dispositivos utilizados normalmente ycombinaciones posiblesEn referencia a la descripcin y a la esquematizacinprecedente con la que se ha descrito el comportamien-to del motor, relacionado a los dispositivos de mandoy proteccin, la solucin que ofrece tpicamente ABBprev la utilizacin y la combinacin de interruptor solo magntico, contactor y rel sobrecarga externo. Aconti-nuacin describimos algunos elementos quecaracterizanlos componentes citados:- interruptor solo magnticopermite disponer de un umbral de intervencin magn-tica l3 ms elevado (hasta 13 veces In) respecto del queest disponible en un interruptor termomagntico que,como se ha mencionado, est estandarizado en un valorde 10 veces la In.Esto permite afrontar mejor eventuales problemas liga-dos a la corriente particularmente elevada que el motorabsorbe durante los primeros instantes de su fase dearranque sin tener que recurrir necesariamente a calibressuperiores del interruptor.Adems de estas caractersticas que deben respetarse,el rel de sobrecarga o el contactor, deben coordinarsecon el dispositivo de proteccin contra cortocircuitos;esto significa asegurar una proteccin adecuada paralosdosdispositivosencasodecortocircuitopararesponder a las prescripciones que se dan en la coor-dinacin de tipo 2.15 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinFigura 12: Interruptores magnticosFigura 14: Curvas de la endurancia elctrica para la categora AC-3 tensin < 440 V temperatura ambiente < 55 C- contactores el aparato (vase la figura13) destinado a ejecutarlas maniobras de conexin/desconexin (encendido/apagado) del motor en condiciones normales, as comoa desconectar elmotor de la redde alimentacin encaso de sobretensiones detectadas por el rel trmicoque controla su apertura. Adems, el contactor deberescogerse de modo que pueda soportar, en referencia ala categora AC-3, la intensidad nominal del motor.Pueden utilizarse interruptores en caja moldeada de laserie Tmax o bien interruptores automticos modulares(MCB, por sus siglas en ingls), como por ejemplo losMO325 representados en la figura 12.El contactor destinado a la maniobra del motor permiterealizar un nmero de maniobras muy superior al que po-dra realizar el interruptor si se le solicitase esta tarea.1097531975311 3 5 7 9 1 3 5 7 91 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 953210,50,30,22 3 5 10 20 30 50 100 200 300 500 10001,579Millones de ciclos de operacionesAF1350 y AF1650 laendurancia elctrica a la intensidad nominal esde 50.000 ciclos deoperacionesA9A 12A 16A 26A 30A 40A 50A 63A 75A 95A 110A 145A 185A 210A 260A 300AF400AF460AF580AF750Corriente interrumpida Ic [A]Figura 13: ContactoresPorregla general el contactorpermite obtenerunavida elctrica superior a la que sera posible con uninterruptor.La vida elctrica del contactor puede determinarse conla ayuda de curvas proporcionadas por el fabricante ycon validez para condiciones especficas; en el ejemploque se muestra a continuacin, en el hipottico caso deun motor asncrono trifsico de jaula de ardilla, que a400 V CA absorbe una corriente de 79 A, se puede de-terminar el nmero de maniobras, a partir del grfico dela figura 14 en correspondencia con la curva del posiblecontactor utillizado para el arranque (por ejemplo A110en torno a 1,5 millones).16Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacin- rel de sobrecarga externoes el dispositivo destinado a realizar la proteccin contrasobrecargas del motor; suele tener tambin la funcinde ordenar la apertura delcontactor para las sobre-corrientes inferiores al umbral de intervencin magnticodel interruptor.Generalmente se trata de un simple rel externo (o sea,no montado en el interruptor magntico) bimetlico, tr-mico o electrnico dedicado a la aplicacin en cuestiny por lo tanto con curvas de disparo y proteccin (porejemplo, compensado trmicamente y sensible a la faltade fase) conformes a la norma IEC 60947-4-1.Pueden utilizarse tambin aparatos ms complejos confunciones de proteccin y monitorizacin ms avanza-das que permitan el control remoto, como por ejemploInsum o UMC. En la figura 15 ilustramos un ejemplo delos distintos tipos de aparatos.Figura 15: Rels de sobrecarga y UMCLa combinacin de los tres aparatos como se ilustra enla figura16 realizada teniendo en cuenta los concep-tos antes mencionados, permite obtener una solucincompacta y que responde plenamente a los requisitostanto de dimensiones generales como de las exigenciasde la mquina en la fase de arranque (corriente inicialFigura 16: Solucin compacta con interruptor solo magntico, contactor y rel de sobrecargaFigura 17: Seccionadores con fusiblesLa configuracin antes expuesta permite cubrir la ma-yor parte de las aplicaciones en las que es necesariocontrolar un motor asncrono trifsico; de todas formas,tambin hay disponibles otras configuraciones, comopor ejemplo:- solucin con seccionador y fusiblela combinacinde estosdosdispositivos, vase lafigura17, se utiliza en sustitucin del interruptor solomagntico.de arranque y corriente de arranque) y en la fase demaniobra (nmero elevado de maniobras) y proteccindurante el funcionamiento.17 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinFigura 18: Realizacin de soluciones racionales y compactas - solucin con interruptor dotado de proteccintrmica y magnticaesta solucin, que proporciona proteccin de sobrecar-ga y magntica integrada, se realiza con interruptoresen caja moldeada de la serie Tmax equipados con relelectrnico PR222MPparael arranquedel motor. Deestaforma, la proteccin magntica y la proteccin trmica,sensible a la falta de fase y con compensacin trmica,se consiguen con un nico dispositivo (asociando des-pus el contactor de maniobras se obtiene un arrancadorextremadamente compacto).La proteccin termomagntica que se obtiene con losclsicos interruptores y rels para la distribucin, pre-senta normalmente una curva de proteccin no del todoidnea desde el punto de vista de la proteccin trmicay magntica del motor. El rel denominado "motor pro-tection"(proteccin del motor), como se ver mejor acontinuacin, permite implementar adems proteccionesorientadas a gestionar situaciones anmalas que podranpresentarse en los motores.Unaversinmssimplificadadel PR222MP, yquedesempealasfuncionesdeproteccintrmicaymagntica, es elrel PR221MP que viene equipadocon el interruptor Tmax T2; con esta solucin inclusolos motores con intensidades nominales relativamentepequeas pueden protegerse con interruptor en cajamoldeada con proteccin de sobrecarga (conforme alas clases 3E, 5E, 10E y 20E) y magntica incorporadaen el interruptor.La misma solucin integrada en elinterruptor, enten-dida como proteccin magntica simple y proteccintrmica sensible a la falta de fase y con compensacintrmica, puede obtenerse tambin con los interruptoresmodulares llamados "manualmotor starters" (MMS oarrancadores manuales del motor)", como por ejemplolos MS325.Con estos interruptores, en la coordinacin no se utili-zar ms el rel de sobrecarga externo, mientras que elcontactor sigue presente.En la figura 18 se evidencia la compacidad de la solucinque se obtiene utilizando un interruptor en caja moldeadacon PR222MP o un interruptor miniatura termomagn-tico directamente conectados alnico dispositivo demaniobra.18Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionesarr iaClaseVeamos a continuacin cules son las proteccionescaractersticas del rel PR222MP adems de las protec-ciones clsicas contra sobrecargas (L), realizada a travsde un modelo trmico que simula las sobretemperaturasdel cobre y del hierro internos del motor, y contra cor-tocircuitos (I).Proteccin contra rotor bloqueado (R): protege elmotor de un posible bloqueo del rotor durante el fun-cionamiento normal. Esta funcin tiene la capacidad deidentificar si la anomala ocurre en la fase de arranque,en la que la funcin R resulta inhibida por el tiempo dearranque, o si sucede en la fase de marcha normal, en laque la funcin Rest activa. La funcin se puede regularen tiempo entre 1 y 10 segundos y en corriente entre 3 y10 veces l1, e interviene cuando al menos una corrientede fase supera los valores ajustados. Es una funcin quese puede excluir.4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinProteccincontradesequilibriosdefases(U):interviene si una o dos corrientes descienden por debajodel valor ajustado y se mantienen durante un tiemposuperior al ajustado. En el ajuste manual presenta unumbralfijode corriente de 0,4 veces l1y de tiempode 4 s, mientras que en el ajuste electrnico tiene unumbral regulable de corriente entre 0,4 y 0,9 veces l1 yde tiempo de 1 a 10 segundos. Es una funcin que sepuede excluir.Proteccin mediante sensor PTC: contra tempera-turas fuera de la tolerancia del motor.En el siguiente diagrama se puede ver cmo se posicio-na en el plano tiempo-corriente la curva de proteccinque se obtiene con el rel PR222MPrespecto de la curvatpica que esquematiza la fase de arranque del motor:l1= corriente de intervencin funcin Ll3= corriente de intervencin funcin II5= corriente de intervencin funcin Rt5= tiempo de intervencin funcin RI6= corriente de intervencin funcin Ut6= tiempo de intervencin funcin Ule= intensidad nominal de empleo del motorlarr = corriente de arranque del motorIia= valor de pico de la corriente subtransitoria de arranqueta= tiempo de arranque del motortp = duracin de la fase subtransitoria de arranquem = curva tpica de arranque del motorc = ejemplo de curva de intervencin de un interruptor con proteccin del motor con rel de proteccin electrnicoLas diversas curvas de las funciones, con abundantes regulaciones de los umbrales y los tiempos, permiten disear una curva global de intervencin realmente cercana a la curvade arranque del motor, optimizando la proteccin19 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacin- solucin con interruptor abierto (serie Emax)todas las funciones descritas y realizadas anteriormentepor tres aparatos distintos se solicitan a un nico inte-rruptor. Es unasolucin quesedebeutilizar solo en casosparticulares en los que, por ejemplo, no se requiera unelevado nmero de maniobras, tpico de los motoresparticularmente grandes (p. ej., a partir de 300 kW), opara responder a exigencias particulares.- solucin con arrancador suavecomo elemento de control del motor, el dispositivo basasu funcionamiento en los semiconductores de potencia,Figura 19: Arrancadores suavesconocidos como tiristores, que permiten controlar, au-mentndola gradualmente, la tensin aplicada al motor,haciendo que ste arranque lentamente y limitando lascorrientes de arranque. Una vez transcurrido el tiempo desubida de la rampa, los tiristores son derivados con uncontactor (by-pass) y la lnea es conectada directamenteal motor. Esto significa que los tiristores no permanecenenfuncionamientoconstantemente, reduciendoasposibles problemas derivados de un aumento de tem-peratura. En la figura 19 se muestran algunos tipos dearrancadores suaves.PSR: Gama compactaPSS: Gama exiblePST: Gama avanzada20Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4.1.2 Aplicaciones particulares- Proteccin de defectos a tierraAdems de las clsicas funciones de proteccin ter-momagntica, a menudose necesita una proteccindiferencial del motor que permite detectar a tiempo unadispersin eventual hacia tierra, til para proteger el mo-tor antes de que el defecto pueda evolucionar generandocondiciones peligrosas con recalentamientos excesivosy posibles cortocircuitos. De esta manera se minimizanlos daos de la mquina.Esta proteccinpuede realizarse a travsde undi-ferencialexternoque monitoriza las corrientes de lainstalacin mediante un transformadortoroidal; estopermite desvincularse, respecto de un diferencial puroinsertado en la lnea de alimentacin, de la verificacinde su proteccin contra cortocircuitos hecha por el in-terruptor. Normalmente el diferencial acta a travs deun contacto auxiliar en el contactor, que es el aparatoque interrumpe fsicamente el circuito con defecto; laaccin del diferencial podra tambin controlar la bobinade apertura del interruptor y solicitarle la interrupcin delcircuito con defecto.- Control de velocidadPor exigencias particulares del proyecto o para aplica-ciones introducidas en un contexto de automatizacin,donde es necesario un sofisticado control del motor, esposible utilizar los accionamientos de velocidad variable(drivers o variadores) que permiten modular la frecuenciade alimentacin del motor en funcin de la carga (porejemplo, para controlar la capacidad de una bomba sinrecurrir a un sistema clsico con vlvulas de cierre).Juntoconel controlyla gestin de losparmetroselctricos y mecnicos de la aplicacin, la utilizacin(1) Los productos que se citan a continuacin son los que estn disponibles en el mercado en el momento de la redaccin del presente documento. Con vistas a futuras actualizaciones de los productos se aconseja consultar los catlogos relativos a los productos individuales.del variador permite realizar un ahorro energtico quese valora entre el 20 y el 50%. ABB ofrece una extensagama de variadores de frecuencia para aplicacionesindustriales.Estos sistemas estn caracterizados por semiconduc-tores y convertidores con tecnologa punta capaces deofrecer sistemas altamente fiables, con una elevada efi-ciencia y con limitadas exigencias de mantenimiento.Interruptores solo magnticos MCBTipo In Icu a 400 V CAMO325 0,4 - 25 100MO450 16 - 50 50MO495 40 - 100 50MO496 16 - 100 100Interruptores termomagnticos MMSTipo In Icu a 400 V CA claseMS116 0,16 - 16 50* 10MS225 0,16 - 25 50** 10MS325 0,16 - 25 100*** 10MS450 16 - 50 50 10MS451 16 - 50 50 20MS495 40 - 100 50 10MS496 40 - 100 100 20MS497 16 - 100 100 10Tabla 3: Tipos de interruptores automticos modulares de la familia MO campo de intensidad nominal In - capacidad de corte Icu a 400 V CA. Tipos de arrancadores manuales de motor de la familia MS campo de intensidad nominal In - capacidad de corte Icu a 400 V CA clase de arranque.4.1.3 Aparamenta ABB para la coordinacinA continuacin se muestra un cuadro esquemtico re-sumido(1)con algunas de las principales caractersticasrelativas a los dispositivos con los que ABB elabora suspropias tablas de coordinacin para los arranques cl-sicos, respondiendo a las necesidades ms comunes ytpicas. Para una panormica ms detallada y completade los distintos dispositivos, remtase a la informacincontenida en los respectivos catlogos de producto.InterruptoresLos interruptores para la proteccin de motores puedenpertenecer a la familia de los interruptores modulareso a los guardamotores (MO... MS...) y a la de los inte-rruptores en caja moldeada (Tmax), cuyas principalescaractersticasseresumenrespectivamenteenlastablas 3 y 4.Pueden encontrarseen versin termomagntica, magn-tica clsica o con rel electrnico, tpicamente en versintripolar. Para los interruptores en caja moldeada lostamaos de los distintos rels se indican en la tabla 5.4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacin* In=12 A Icu=25 kA In=16 A Icu=16 kA** In=9 A Icu=40 kA ; In=12,5 A y 16 A Icu=30 kA ; In=20 A y 25 A Icu=10 kA*** In=12,5 A Icu=75 kA ; In=16 A Icu=60 kA ; In=20 A Icu=55 kA ; In=25 A Icu=50 kA21 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las proteccionesInterruptores en caja moldeada serie TmaxT2 T3 T4 T5 T6 T7Iu 160 250 250 / 320 400 / 630 630 / 800 800 / 1000 / 1250Versin N S H L N S N S H L V N S H L V N S H L S H L V415 V CA 36 50 70 85 36 50 36 50 70 120 200 36 50 70 120 200 36 50 70 100 50 70 120 150440 V CA 30 45 55 75 25 40 30 40 65 100 180 30 40 65 100 180 30 45 50 80 50 65 100 130500 V CA 25 30 36 50 20 30 25 30 50 85 150 25 30 50 85 150 25 35 50 65 40 50 85 100690 V CA 6 7 8 10 5 8 20 25 40 70 80 20 25 40 70 80 20 22 25 30 30 42 50 60MFMAPR221DS-IPR231DS-IPR222MPPR221MP4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinTabla 4: Interruptores en caja moldeada serie Tmax - versiones disponibles con capacidad de corte y combinacin con rels para la proteccin de motores.Tabla 5: Interruptores en caja moldeada serie Tmax - disponibilidad de tamaos de rels y valores asociados para la proteccin magnticaT2160Rel de proteccin magntico jo MF In 1 1,6 2 2,5 3,2 4 5 6,5 8,5 11 12,5I3=13 x In 13 21 26 33 42 52 65 84 110 145 163Rel de proteccin magntico ajustable MA In 20 32 52 80 100I3=(6..12) x In 120240 192384 314624 480960 6001200Rel de proteccin electrnico PR221MP* In 63 100 160* I1=(0,651) x InI3= (2,5..17,5) x InT3250Rel de proteccin magntico ajustable MA In 100 125 160 200I3=(6..12) x In6001200 7501500 9601920 12002400T4250Rel de proteccin magntico ajustable MA In 10 25 52 80 100 125 160 200I3=(6..14) x In 60140 150350 314728 4801120 6001400 7501750 9602240 12002800Rel de proteccin electrnico PR221DS-I* InT2160 10 25 63 100 160T4250 100 160 250T4320 320T5400 320 400T5630 630T6630 630T6800 800* I3= (1..10) x InRel de proteccin electrnico PR231DS-I* InT7800 800T71000 1000T71250 1250* I3= (1..12) x InRel de proteccin electrnico PR222MP* InT4250 100 160 200T5400 320 400T6800 630* I1=(0,41)x InI3= (6..13) x In; disponibilidad de funciones especficas R U22Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinContactoresABBofrece distintostiposde contactores, perolosms utilizados para la maniobra y mando de motoresasncronos trifsicos son los contactores tripolares quepertenecen a la serie que se identifica con las letras "A"o "AF" y que se caracterizan por tipos que van desde A9hasta AF 2050 con las caractersticas elctricas princi-pales que se muestran en la tabla 6.Son aparatos tripolares con circuito de control en co-rriente alterna y ncleo magntico laminado, para loscontactores de tipo "A", o con circuito de controlencorriente alterna o continua con bobina electrnica deamplio rango de tensin de funcionamiento, para loscontactores de tipo "AF".Ofrecen amplias posibilidades de incorporacin de ac-cesorios con contactos auxiliares con montaje frontalo lateral.Existe tambin la gama de contactores con circuito decontrol en corriente contnua (AL) que tiene las mismascaractersticas elctricas de la gama A.Rels de proteccin de sobrecargaABBofrecevariostiposderelsparalassobre-cargasquevandesdel oscl si cosbi met l i cos(trmicos) identificados con la sigla "TA..DU.."o "TA..SU.."hasta los electrnicos identificados con la sigla"E..DU..", cuyas principales caractersticas se resumenen la tabla 7.Estos rels, disponibles en versin tripolar, son sensiblesa la falta de fase, estn compensados trmicamente,admiten el rearme automtico y pueden equiparse concontactos auxiliares.Tambin hay disponibles unidades ms sofisticadas,como las INSUM o UMC, que ofrecen protecciones mu-cho ms completas comparadas con las de un rel tr-mico convencional, con mayor eficiencia global para lasmayores magnitudes monitorizadas, amplios campos deregulacin, posibilidad de seleccionar la proteccin paralas diversas condiciones de arranque, baja absorcin,alta precisin de disparo y posibilidad de integracin enuna lgica de gestin y control.Tabla 6: Contactores de la familia A y AF - principales caractersticas elctricasTabla 7: Rels de sobrecarga bimetlicos y electrnicos - Umbral de regulacin y capacidad de combinacin con contactoresA9 A12 A16 A26 A30 A40 A45 A50 A63 A75 A95 A110 A145 A185 A210 A260 A300 AF400 AF460 AF580 AF750 AF1350 AF1650Vmax empleo 690 V CA 1000 V CA 690 V CAIe 415 V CA* 9 12 17 26 32 37 37 50 65 75 96 110 145 185 210 260 300 400 460 580 750 860 1050Ie 690 V CA* 7 9 10 17 21 25 25 35 43 46 65 82 120 170 210 220 280 350 400 500 650 800 950Icw 1 s** 250 280 300 400 600 600 1000 1000 1000 1000 1320 1320 1800 2000 2500 3500 3500 4600 4600 7000 7000 10000 12000Icw 10 s** 100 120 140 210 400 400 650 650 650 650 800 800 1200 1500 1700 2400 2400 4400 4400 6400 6400 8000 10000Icw 30 s** 60 70 80 110 225 225 370 370 370 370 500 500 800 1000 1200 1500 1500 3100 3100 4500 4500 6000 7500Icw 60 s** 50 55 60 90 150 150 250 250 250 250 350 350 600 800 1000 1100 1100 2500 2500 3500 3500 4500 5500PdI 440 V CA*** 250 250 250 420 820 820 820 1300 1300 1300 1160 1160 1500 2000 2300 2600 3000 4000 5000 6000 7500 10000 12000PdI 690 V CA*** 90 90 90 170 340 340 490 630 630 630 800 800 1200 1600 2000 2400 2500 3500 4500 5000 7000 - -*) en la categora AC-3 con Tamb < 55 C**) con Tamb de 40 C desde estado en fro del aparato***) cos=0,45, cos=0,35 para Ie > 100 ATA25DU..* TA42DU.. TA75DU.. TA80DU.. TA110DU.. TA200DU.. TA450DU.. TA450SU..Clase10A 3020 - - - -Umbral de regulacin mnimo [A] 0,1-0,16 18-25 18-25 29-42 65-90 66-90 130-185 40-60Umbral de regulacin mximo [A] 24-32 29-42 60-80 60-80 80-110 150-200 220-315 220-310Posibilidad de combinacin A9A40 A30,A40 A50A75 A95,A110 A145,A185 A210,A300*) In clase 20 a partir de TA25DU1.8 con regulacin desde 1,3 A hasta 1,8 AE16DU E45DU ** E80DU ** E140DU ** E200DU E320DU E500DU E800DU E1250DUClase 10-20-30 * 10 o 10-20-30 10-20-30***Umbral de regulacin mnimo [A] 0,1-0,32 9-3027-80 50-140 60-200 100-320 150-500 250-800 375-1250Umbral de regulacin mximo [A] 5,7-18,9 15-45Posibilidad de combinacin A9A16 A26...A40 A50A75 A95,A110 A145,A185 A210A300 AF400,AF460 AF580,AF750 AF1350,AF1650*) cada clase tiene su propio cdigo de pedido**) clase fija (10) o ajustable (10-20-30) con cdigos distintos***) ajustable en el propio dispositivo23 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinSeccionadores con fusiblesLos seccionadores con fusibles con funcin de maniobray proteccin, tal y como se muestra en la tabla 8, son laserie OS, que abarca desde los 32 Ahasta los1250 A. Secombinan con un fusible de proteccin contra cortocir-cuitos. Satisfacen las principales exigencias en trminosde seguridad, facilidad de instalacin y conveniencia defuncionamiento.Arrancadores suavesABB ofrece tres tipos distintos de arrancadores suavespara responder a las exigencias de cada cliente paraaplicaciones que van desde los 3 A hasta los 1050 A a400 V CA con conexin en lnea. En el siguiente cuadroresumido, la tabla 9, se ilustran las caractersticas prin-cipales de los distintos modelos:- PSR3105: gama de arrancadores suaves para mo-tores con intensidades nominales que van desde los 3A hasta los105 A a 400 V CA con conexin en lnea.Resultan extremadamente compactos y fciles de ins-talar, ya sea montados sobre una gua DINo atornilladosal panel del cuadro. Esta gama ofrece la posibilidad decoordinacin con guardamotor MS y dispone de unsistema de comunicacin flexible, mediante el sistemaField Bus Plug diseado por ABB.- PSS18300: gamadearrancadores suaves paramoto-res con intensidades nominales desde 18 Ahasta 300 Aa400 VCAcon conexin en lnea, que ofrece una solucinadaptable a cada aplicacin gracias a su flexibilidad yfiabilidad incluso en las condiciones ms exigentes deutilizacin. Esta gama de arrancadores ofrece la posibi-lidad de aprovechar la misma unidad para una conexinen lnea o para una conexin en tringulo, es decir, enun arranque en Y/A el mismo aparato puede conectarseen el interior del circuito de tringulo de modo que la co-rriente que le afecta se ve reducida en aproximadamenteel 42%. Esta posibilidad se puede verificar en la siglaidentificativa del tipo de aparato donde, por ejemplo, lasiglaPSS60/105 indicaquelacorrientemximadel motorcontrolable con una conexin en lnea es de 60 A, mien-tras para una conexin en tringulo el motor controladopuede tener una corriente mxima de 105 A.- PST30300 y PSTB370.1050: gamadearrancadoressuaves para motores con intensidades nominales desde30 Ahasta 1050 Aa 400 VCAcon conexin en lnea, queofrece numerosas funcionalidades avanzadas integradas(p. ej., proteccin contra rotor bloqueado, desbalancede fase, inversin de fase). La misma unidad ofrece laposibilidad de conexin en lnea o en tringulo (en estaconfiguracin la corriente mxima posible para el motores de 1810 A), incluye un sistema de comunicacin muyflexible y una interfaz sencilla a travs de una simplepantalla LCD.Tabla 8: Seccionadores con fusibles - parmetros de seleccinTabla 9: Arrancadores suaves - caractersticas generalesOS32 OS50 OS63 OS100 OS125 OS160 OS200 OS250 OS315 OS400 OS630 OS800 OS1250Corriente* [A] 32 50 63** 100** 125** 160** 200 250 315 400 630 800 1000Potencia*** [W] 415 V CA 15 22 30 55 55 75 110 145 180 230 355 450 560690 V CA 22 37 55 90 110 132 200 250 315 400 630 710 1000* Intensidad nominal operativa en AC-23 A hasta 690 V CA** Para la categora de utilizacin B servicio infrecuente*** Potencia nominal operativa: potencia de motores asncronos combinablesPSR 3 PSR 6 PSR 9 PSR 12 PSR 16 PSR 25 PSR 30 PSR 37 PSR 45 PSR60 PSR72 PSR85 PSR105Intensidad nominal* 3,9 6,8 9 12 16 25 30 37 45 60 72 85 105Contactor de lnea A9 A9 A9 A12 A16 A26 A30 A40 A50 A63 A75 A95 A110Contactor de bypass Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado Integrado IntegradoProteccin trmica TA25DU TA42DU TA75DU TA75DU TA75DU TA110DU TA110DU* SS conectados en lnea. V=400 VPSS18/30 PSS30/52 PSS37/64 PSS44/76 PSS50/85 PSS60/105 PSS72/124 PSS85/147 PSS105/181PSS142/245PSS175/300PSS250/430PSS300/515Intensidad nominal* 18 30 37 44 50 60 72 85 105 142 175 250 300Intensidad nominal** 30 52 64 76 85 105 124 147 181 245 300 430 515Contactor de lnea A26 A30 A40 A50 A50 A63 A75 A95 A110 A145 A185 A260 A300Contactor de bypass A9 A16 A26 A26 A30 A40 A50 A50 A63 A75 A110 A145 A210Proteccin trmica TA25DU TA42DU TA75DU TA110DU TA200DU TA450DU* SS conectados en lnea. V=400 V** SS conectados en tringulo. V=400 VPST30 PST37 PST44 PST50 PST60 PST72 PST85 PST105 PST142 PST175 PST210 PST250 PST300Intensidad nominal* 30 37 44 50 60 72 85 105 142 175 210 250 300Intensidad nominal** 52 64 76 85 105 124 147 181 245 300 360 430 515Contactor de lnea A30 A40 A50 A50 A63 A75 A95 A110 A145 A185 A210 A260 A300Contactor de bypass A16 A26 A26 A30 A40 A50 A50 A63 A95 A110 A145 A145 A210Proteccin trmica Proteccin de sobrecarga con simulacin de la temperatura del motor a partir de la corriente medida, clase de disparo seleccionable 10-10A-20-30* Conexin en lnea. 400 V** SS conectados en tringulo. V=400 VPSTB370 PSTB470 PSTB570 PSTB720 PSTB840 PSTB1050Intensidad nominal* 370 470 570 720 840 1050Intensidad nominal** 640 814 987 1247 1455 1810Contactor de lnea AF400 AF460 AF580 AF750 - -Contactor de bypass integrado integrado integrado integrado integrado integradoProteccin trmicaProteccin de sobrecarga con simulacin de la temperatura del motor a partir dela corriente medida, clase de disparo seleccionable 10-10A-20-30* Conexin en lnea a 400 V** SS conectados en tringulo. V=400 V24Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinVariadores de frecuenciaA continuacin informamos de forma breve y sintticasobre algunos de los variadores de frecuencia disponi-bles y sugerimos consultar la documentacin especficade cada producto para conocer ms en detalle su dis-ponibilidad y sus caractersticas tcnicas.Los variadores de frecuencia de la familia "machinerydrives" (variadores de maquinaria), desde el ACS50 hastael ACS350 (pasando por los ACS55 ACS100 ACS140 ACS150), o de la familia "standard drives" (variadoresestndar), con los ACS550 o los ACH550, destinadosa aplicaciones para unidades de tratamiento delaire(HVAC), representan la eleccin ideal para situacionesque requieren un accionamientode fcilinstalacin,puesta en servicio y utilizacin, idnea para un controlpreciso de velocidad y par de los motores de jaula deardilla con potencias variables de entre 0,55 y 355 kW.Estos variadores, basados en latecnologa PWM, puedenutilizarse en una extensa gama de sectores industriales,tanto para las aplicaciones ms sencillas con par cuadr-tico como bombas y ventiladores, as como para obtenerdinmicas ms exigentes.Los variadores de frecuencia de la familia "industrialdrives" (variadores industriales) con los ACS800, ba-sadosenla tecnologa DTC(Direct Torque Control,control directo del par) ofrecen una respuesta rpida alas variaciones de la carga del motor para asegurar unfuncionamiento constante. Los ACS800, dotados de fil-tros EMCy deinductancias yaintegradas en el interior delaccionamiento, ofrecen un mejor rendimiento y aseguranuna mayor facilidad de puesta en servicio y programa-cin, con lo que el accionamiento resulta apto para unaamplia gama de aplicaciones.La gama de variadoresACS800 permite el control de motores con un rango depotencias muy extenso, desde 0,55 hasta 5600 kW, y contensiones de alimentacin de entre 380 y 690 V.4.2 Interpretacin de las tablas ABB parala coordinacin de motoresPara las diversas posibles soluciones propuestas y paralos diversos tipos de arranque (arranques directo o enY/A - normales o pesados - tipo 2 o tipo 1) ABB pone asu disposicin algunas tablas de coordinacin que sur-gen de pruebas experimentales y, en otros casos, de laextensin de los resultados obtenidos. Este soporte guaa los clientes en la eleccin de dispositivos que garanti-cen la coordinacin, la proteccin y la idoneidad para lamaniobra y proteccin del motor. Las tablas hacen refe-rencia a las tensiones y corrientes de cortocircuito mscomunes en las instalaciones (415 VCA, 440 VCA, 500V CA, 690 V CA, 35 kA, 50 kA y 65 kA, entre otras).Recordamos que se puede encontrar un compendiode lastablasmsutilizadasyque respondena lasPuede encontrarse un compendioms completodelas distintas soluciones existentes para la coordinacinde motores en el sitio http://www.abb.com/lowvoltage,siguiendo la ruta: "Support - Online Product SelectionTools - Coordination Tables for motor protection" hastallegar a la siguiente pgina inicial:necesidades tpicas del cliente para el arranque de mo-tores en el documento "Tablas de coordinacin", cd.1SDC007004D0906 de marzo de 2008 (vase la imagende la portada) en el que tambin se pueden encontrarreferencias a coordinaciones de respaldo (Back-up) yselectividad a 415 V CA en interruptores ABB.paradespuspoder acceder mediant elaopcin"selection" al mdulo de bsqueda de la coordinacinde su inters:25 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinA continuacin detallamos la estructura de las tablasproporcionandounejemplode lectura, ilustrandoelsignificado de los distintos campos (identificados connmeros del1al 6) y de las informaciones tiles quese puedendeduciryque caracterizana la solucinpropuesta, pero que son comunes tambin a todas lasdems tablas. La referencia del ejemplo de lectura sonlas tablas 10 y 11 que se muestran a continuacin tal ycomo pueden encontrarse en el compendio "Tablas decoordinacin" antes citado.Tabla 10: Tabla de coordinacin de motores DOL - gua para su lecturaDOL a 400/415 V - 50 kA -Tipo 2 - Arranque normalMotor MCCB Contactor Rel sobrecarga GrupoPotencianominalPeIntensidadnominalIeTipo AjusteproteccinmagnticaTipo Tipo Campo deregulacinI maxx[kW] [A] [A]mn.[A]mx.[A] [A]0,37 1,1 T2S160 MF 1.6 21 A9 TA25DU1.4 1 1,4 1,40,55 1,5 T2S160 MF 1.6 21 A9 TA25DU1.8 1,3 1,8 1,60,75 1,9 T2S160 MF 2 26 A9 TA25DU2.4 1,7 2,4 21,1 2,8 T2S160 MF 3.2 42 A9 TA25DU4 2,8 4 3,21,5 3,5 T2S160 MF 4 52 A16 TA25DU5 3,5 5 42,2 5 T2S160 MF 5 65 A26 TA25DU6.5 4,5 6,5 53 6,6 T2S160 MF 8.5 110 A26 TA25DU8.5 6 8,5 8,54 8,6 T2S160 MF 11 145 A30 TA25DU11 7,5 11 115,5 11,5 T2S160 MF 12.5 163 A30 TA25DU14 10 14 12,57,5 15,2 T2S160 MA 20 210 A30 TA25DU19 13 19 1911 22 T2S160 MA 32 288 A30 TA42DU25 18 25 2515 28,5 T2S160 MA 52 392 A50 TA75DU42 29 42 4218,5 36 T2S160 MA 52 469 A50 TA75DU52 36 52 5022 42 T2S160 MA 52 547 A50 TA75DU52 36 52 5030 56 T2S160 MA 80 840 A63 TA75DU80 60 80 6537 68 T2S160 MA 80 960 A75 TA75DU80 60 80 7545 83 T2S160 MA 100 1200 A95 TA110DU110 80 110 9655 98 T3S250 MA 160 1440 A110 TA110DU110 80 110 11075 135 T3S250 MA 200 1800 A145 TA200DU175 130 175 14590 158 T3S250 MA 200 2400 A185 TA200DU200 150 200 185110 193 T4S320 PR221-I In320 2720 A210 E320DU320 100 320 210132 232 T5S400 PR221-I In400 3200 A260 E320DU320 100 320 260160 282 T5S400 PR221-I In400 4000 A300 E320DU320 100 320 300200 349 T5S630 PR221-I In630 5040 AF400 E500DU500 150 500 400250 430 T6S630 PR221-I In630 6300 AF460 E500DU500 150 500 430290 520 T6S800 PR221-I In800 7200 AF580 E800DU800 250 800 580315 545 T6S800 PR221-I In800 8000 AF580 E800DU800 250 800 580355 610 T6S800 PR221-I In800 8000 AF750 E800DU800 250 800 75012 3 3a 4 5 5a 5b 6define el campo de validez de la tabla en trminos de datos de instalacin y tipos de arranque, las informaciones contenidas son:- tipo de arranque: directo DOL- caractersticas elctricas de la instalacin en la que la coordinacin tiene validez (tensin 400 V/415 V, corriente de cortocircuito 50 kA)- caractersticas de la coordinacin: (tipo 2 - arranque normal)define las caractersticas del motor en trminos de potencia y intensidad nominal con referencia a los datos estndar de los motores ABB.identifica el tipo de dispositivo de proteccin contra cortocircuitos y contiene informacin relativa a:- familia y calibre (T2..160 o T5..400)- versin referida a los datos elctricos de instalacin (versin "S" que a 400 V / 415 V tiene una capacidad de corte idnea para los 50 kA de lainstalacin)- tipo y intensidad nominal del dispositivo de proteccin contra cortocircuitos (MF11 -MA100 - PR221-I In400). En el campo3atambin seaconseja el valor de ajuste para el umbral de intervencin magntica.define el tipo de contactor indicando su nombre (A95 AF750)identifica el tipo de dispositivo de proteccin contra sobrecargas y contiene informacin relativa a:- tipo (bimetlico TA25- TA200 o electrnico E320)- correspondencia con las caractersticas para el arranque normal (DU para el rel bimetlico o con clase de disparo ajustable para los electrni-cos)- corriente mxima de no disparo (.2.4 - 175 - 320). Recomponiendo las diversas partes se obtiene el nombre completo del dispositivo deproteccin trmica (TA25DU2.4 TA200DU175 E320DU320). En los campos5ay 5bse indican los valores mnimo y mximo para los ajustesposibles.define la corriente de referencia para la eleccin del cable que debe utilizarse para la coordinacin segn la norma IEC 60947-4-1.12345626Cuadernos de aplicaciones tcnicasEl motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones4AparamentaysolucionesABBparalacoordinacinTabla 11: Tabla de coordinacin de motores Y/A - gua para su lecturaEstrella-tringulo - Tipo 2 a 400/415 V - 35 kA - 50/60 HzMotor MCCB Contactor Rel sobrecargaPe[kW]Ie[A] tipoIm[A]lneatipotringulotipoestrellatipo tipo [A]18,5 36 T2N160 MA52 469 A50 A50 A26 TA75DU25 18-2522 42 T2N160 MA52 547 A50 A50 A26 TA75DU32 22-3230 56 T2N160 MA80 720 A63 A63 A30 TA75DU42 29-4237 68 T2N160 MA80 840 A75 A75 A30 TA75DU52 36-5245 83 T2N160 MA100 1050 A75 A75 A30 TA75DU63 45-6355 98 T2N160 MA100 1200 A75 A75 A40 TA75DU63 45-6375 135 T3N250 MA160 1700 A95 A95 A75 TA110DU90 66-9090 158 T3N250 MA200 2000 A110 A110 A95 TA110DU110 80-110110 193 T3N250 MA200 2400 A145 A145 A95 TA200DU135 100-135132 232 T4N320 PR221-I In320 2880 A145 A145 A110 E200DU200 60-200160 282 T5N400 PR221-I In400 3600 A185 A185 A145 E200DU200 60-200200 349 T5N630 PR221-I In630 4410 A210 A210 A185 E320DU320 100-320250 430 T5N630 PR221-I In630 5670 A260 A260 A210 E320DU320 100-320290 520 T6N630 PR221-I In630 6300 AF400 AF400 A260 E500DU500 150-500315 545 T6N800 PR221-I In800 7200 AF400 AF400 A260 E500DU500 150-500355 610 T6N800 PR221-I In800 8000 AF400 AF400 A260 E500DU500 150-50012 3 3a 4 5 5adefine el campo de validez de la tabla en trminos de datos de instalacin y tipos de arranque, las informaciones contenidas son:- tipo de arranque: en estrella/tringulo Y/A- caractersticas elctricas de la instalacin en la que la coordinacin tiene validez (tensin 400 V / 415 V, corriente de cortocircuito 35 kA)- caractersticas de la coordinacin: (tipo 2)Los campos2 3 3a proporcionan la misma informacin descrita anteriormente en la tabla 10proporciona indicaciones relativas a los contactores; se aprecia cmo los contactores de lnea y de tringulo son iguales entre s, se recuerda quepara este arranque en particular estos contactores no operan a plena intensidad nominal del motor (sino reducida en 1,73 veces), incluso si a menudola magnitud del aparato est condicionada por la coordinacin con el dispositivo de proteccin contra cortocircuitos. El tercer contactor es el deestrella, que ve cmo la corriente del motor se reduce 0,33 veces, pero para la conexin en estrella no se requiere la proteccin contra cortocircuitos,por lo que el tamao de este contactor puede reducirse.identifica el tipo del dispositivo de proteccin contra sobrecargas, la informacin relativa al tipo de rel es la misma proporcionada anteriormente,con una nica puntualizacin sobre el campo5ade regulacin de la intensidad nominal que debe adecuarse a la corriente del motor reducida 1,73veces en concordancia con la corriente vista por el rel de sobrecarga.14527 El motor asncrono trifsico - Generalidades y oferta de ABB para la coordinacin de las protecciones5Identicacindeunmotorasncrono:principalesparmetrosdelmotor5Identicacin de un motor asncrono:principales parmetros del motorUn motor se caracteriza por diversos parmetros elc-tricos y de tipo constructivo que identifican el correctocampode aplicabilidad. Elconjuntode todos estosparmetros constituye los datos de identificacin dela mquina que figuran en una placa colocada en elmotor.Acontinuacin se proporciona una breve descripcin delos principales parmetros contenidos en los datos dela placa, de un modo ms genrico para los parmetrosde naturaleza elctrica que son los ms notables y losde ms fcil interpretacin y prestando ms atencinsobre los que quizs sean menos conocidos y relativosa las condiciones de trabajo o ambientales.Los parmetros elctricos y mecnicos que constituyenlos datos de la placa de un motor identifican las presta-ciones nominales y son:- lapotenciaen kWquerepresentalapotenciamecnicanominaldisponible en eleje. En muchos pases eshabitual expresar la potencia mecnica disponible enel eje del motor tambin en caballos de vapor (1 CVen el sistema anglosajn equivale a 745,7 W; 1 CVenel sistema mtrico, a 736 W).- la tensin de alimentacin del motor, por ejemplo 230VA, 400 VY.Teniendo a disposicin un sistema de distribucin trifsi-co a 400 V(tensin fase-neutro 230 V, fase-fase 400 V), elmotor slo puede conectarse en estrella. En la conexinen tringulo, los devanados del motor recibiran 400 V,cuando han sido diseados para una tensin de 230V; por lo tanto, el motor considerado no resulta idneopara la conexin a la red del ejemplo con los devanadosconectados en tringulo.En resumen, un motor qu