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PROYECTO 3.1. ARRANQUE A TENSIÓN PLENA DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN .

Proyecto No. 3.1 I.

TITULO ARRANQUE A TENSION PLENA DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS

II.

OBJETIVO Estudiar la teoría relativa al arranque a tensión plena de los motores de inducción trifásicos y aplicarla para el rediseño de dos sistemas industriales utilizados uno en el procesamiento de materiales y el otro para una banda transportadora, mediante el software Cade_Simu.

III.

INTRODUCCIÓN 3.1. Análisis de los métodos de arranque de los motores de inducción trifásicos. Traducción de la parte 2 del Capítulo 8 del libro:

TEXTO EN INGLES

TRADUCCIÓN

PARTE 2 Arranque de Motor

Cada motor, al girar, actúa como un generador. Esta acción del generador produce un voltaje opuesto, u opuesto al voltaje aplicado que reduce la cantidad de corriente suministrada al motor. La tensión generada en un motor se llama contador emf (cemf) y resulta del corte del rotor a través de líneas de fuerza magnéticas. Sin embargo, cuando se arranca el motor y antes de comenzar a girar, no hay un cemf para limitar la corriente, por lo que inicialmente hay una corriente de arranque alto o de rotor bloqueado. El término corriente de rotor bloqueado se deriva del hecho de que su valor se determina al bloquear el eje de motor para que no pueda girar, luego aplicar la tensión nominal al motor y medir la corriente. Aunque la corriente de arranque puede ser hasta 6 veces la corriente de funcionamiento normal, normalmente dura solo una fracción de segundo (figura 8-8).

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PROYECTO 3.1. ARRANQUE A TENSIÓN PLENA DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN . Corriente de arranque

Corriente de carga completa

% de velocidad síncrona El factor de potencia para determinar la cantidad de voltaje y corriente generados en el conductor es su velocidad. Por lo tanto, todos los motores tienden a consumir mucha mas corriente durante el periodo de arranque (corriente de arranque) que cuando giran a la velocidad de operación (corriente de funcionamiento). Si la carga colocada en un motor reduce la velocidad, se desarrolla una corriente menos generada y fluirá una corriente más aplicada. Es decir, cuanto mayor sea la carga en el motor, más lento girará el motor y más corriente aplicará fluirá a través de sus devanados. Si el motor se atasca o se evita que gire de cualquier manera, se crea una condición de rotor bloqueado y la corriente aplicada se vuelve muy alta. Esta alta corriente hará que el motor se queme rápidamente. Arranque a plena tensión de los motores de inducción de CA. Un arrancador de voltaje total, o cruzado por la línea, está diseñado para aplicar voltaje de línea total al motor al arrancar. Si la corriente de arranque alta no afecta el sistema de suministro de energía y la maquinaria soportará el par de arranque alto, entonces pude ser aceptable un arranque a plena tensión. Los arrancadores de voltaje completo pueden ser manuales o magnéticos. Los arrancadores de motor manual son manuales y consisten en un interruptor de encendido/apagado con un conjunto de contactos para cada fase y protección de sobrecarga del motor. Debido a que no se usa una bobina de cierre, los contactos del operador permanecen cerrados durante una interrupción del suministro eléctrico.

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Los arrancadores manuales para motores monofásicos de potencia fraccional se encuentran en una variedad de aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. La figura 8-9 muestra un arrancador de motor manual de potencia fraccional unipolar que consiste en un interruptor de acción rápida de encendido/apagado que se opera manualmente con protección contra sobrecarga. Cuando el interruptor se mueve a la posición de encendido o de inicio, el motor se conecta directamente a través de la línea y en serie con el contacto de arranque y el dispositivo de protección de sobrecarga térmica (OL). A medida que mas corriente fluya por el circuito, La temperatura de la sobrecarga térmica aumenta, y en un punto de temperatura determinado, el dispositivo se activa para abrir el contacto. Cuando se detecta una sobrecarga, el mango de arranque se mueve automáticamente a la posición central para indicar que los contactos se han abierto debido a una sobrecarga y que el motor ya no esta funcionando. Los contactos de arranque no pueden volver a cerrarse hasta que el relevador de sobrecarga se reinicie manualmente. El arrancador se reinicia moviendo el asa a la posición de apagado total después de dejar que el calentador se enfrié durante aproximadamente dos minutos.

neutral

cortacircuitos

motor Figura8-9 arrancador fraccional unipolar.

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manual

de

potencia

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Figura 8-10 arrancador de motor manual bipolar. El arrancador manual de tres polos que se muestra en la figura 8-11 proporciona tres calentadores de sobrecarga para proteger los devanados del motor. Este arrancador se opera presionando un botón en la cubierta de la caja del arrancador que opera mecánicamente el arrancador. Cuando se dispara un relevador de sobrecarga, el mecanismo de arranque se abre, abriendo los contactos para detener al motor. Los contactos no se pueden volver a cerrar hasta que el mecanismo de arranque se haya reiniciado presionando el botón de parada; primero, sin embargo, la unidad térmica necesita tiempo para enfriarse. Estos arrancadores están diseñados para el arranque frecuente de motores pequeños de CA (10 Hp o menos) a voltajes que van de 120 a 600 V.

Contactos operados manualmente.

Calentadores de sobrecarga.

Figura 8-11 arrancador manual de tres polos.

A diferencia del arrancador manual en el que los contactos de potencia se cierran manualmente, los contactos del arrancador del motor del arrancador magnético se cierran al energizar una bobina de retención. Esto permite que el uso del control magnético, las estaciones de pulsadores están montadas cerca, pero los dispositivos piloto de control automático pueden montarse en casi cualquier lugar de la máquina.

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La figura 8-12 muestra un diagrama típico de arranque de CA trifásico magnético a través de la línea. La operación del circuito se puede resumir de la siguiente manera:  El transformador de control es alimentado por dos de las tres fases. Este transformador reduce el voltaje a un valor más común útil cuando se agregan temporizadores de luces o interruptores remotos no clasificados para los voltajes más altos.  Cuando de presiona el botón de start, la bobina M se energiza para cerrar todos los contactos M. la M contacta en serie con el motor cerca para completar la trayectoria de corriente al motor. Estos contactos forman parte del circuito de alimentación y deben diseñarse para manejar la corriente a plena carga del motor. El contacto de memoria M (conectado a través del botón de start) también se cierra para sellar el circuito de la bobina cuando se suelta el botón de inicio. Este contacto es parte del circuito de control; como tal, se requiere manejar la pequeña cantidad de corriente necesaria para energizar la bobina.  El arrancador tiene tres calentadores de sobrecarga, uno en cada fase. El contacto del relevador OL normalmente cerrado (NC) se abre automáticamente cuando se detecta una corriente de sobrecarga en cualquier fase para desenergizar la bobina M y detener el motor.  El motor se puede arrancar o parar desde varias ubicaciones conectando botones de arranque adicionales en paralelo y botones de paro adicionales en serie.  Estos entrantes están disponibles en las clasificaciones de IEC y NEMA.

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Norma NEMA

Norma IEC

Tipo NEMA

Tipo IEC

Figura 8-12 tipico arranque magnético a través de la línea. El circuito de la figura 8-13 se usa para arrancar dos motores a voltaje de línea total. Para reducir la cantidad de corriente de arranque, el circuito ha sido diseñado de modo que haya un corto periodo de tiempo entre el arranque del motor 1 y el motor 2. Su funcionamiento se puede resumir de la siguiente manera.  El primer motor se inicia presionando el botón de arranque conectado en una configuración de control de tres cables al arrancador del motor M1.  La potencia se aplica tanto al motor 1 como al temporizador de retardo de la bobina TR.  Después del tiempo preestablecido, el temporizador normalmente abierto entra en contacto con TR cerca de energizar la bobina de arranque M2, y el segundo motor arranca.  Ambos motores se pueden detener presionando el botón de paro.

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Temporizador on-delay

Figura 8-13 temporizador arrancador de tres motores El NEC requiere que todos los motores tengan medios de desconexión diseñados para desconectar la energía del motor o del arrancador. Un arrancador combinado, como se muestra en la figura 8-14, consta de un interruptor de seguridad y un arrancador de motor magnético colocado en un recinto común. La cubierta del gabinete está enclavada con el asa de operación externa de los medios de desconexión. La puerta no se puede abrir mientras el medio de desconexión está cerrado. Cuando los medios de desconexión esta abiertos, todas las partes del arrancador son accesibles, sin embargo, El peligro se reduce porque las partes fácilmente accesibles del arrancador no están conectadas a la línea eléctrica. Los dispositivos piloto, como pulsadores y luces indicadores, también pueden montarse en el panel. Los arrancadores combinados ofrecen espacio y ahorro de costos con el uso de componentes separados.

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Protección contra corto circuito

Desconectar

Arrancador de motor Figura 8-14 indicador combinado.

IV.

CORRELACIÓN CON LOS TEMAS Y SUBTEMAS DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS VIGENTE 4.1.

V.

MATERIAL Y EQUIPO NECESARIOS: Tabulación 1.1.1. Relación de material y equipo para

CANT.

NOMBRE

FOTO DEL DISPOSITIVO

SIMBOLOGÍA

SIMBOLOGÍA

AMERICANA

EUROPEA

(NEMA)

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Interruptores de fusible

1

termomagnéticos triásicos.

1

Interruptor de fusible o termomagnético bifásico.

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Arrancador magnético trifásico.

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Botones pulsadores

Botones pulsadores

Botones pulsadores

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Luces piloto indicadoras.

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Relevador de control.

Juego de cables

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Motores de corriente alterna trifásico.

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VI.

METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA. 6.1.

6.1.1.

Arranque a tensión plena.

Primer ejercicio. Arranque a tensión plena de tres motores. Diseño y simulación utilizando el software Cade-Simu. Agregar las luces piloto respectivas. 1. Enunciado del problema en inglés.

2.

Traducción PROBLEMA 11 un controlador pequeño para el procesamiento de materiales está equipado con tres motores que arrancan a tensión plena cuya operación se va a controlar en un tablero con los siguientes elementos (1) un interruptor selector de dos posiciones marcado AUTOMATICO-MANUAL, (2) una estación maestra con los botones ARRANCAR-PARAR y (3) estación de botones individuales ARRANCAR-PARAR para cada uno de los tres motores. La s siguientes condiciones de operación deben considerarse: a. Cuando el interruptor selector este en la posición MANUAL, cada motor

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debe arrancarse y pararse de la forma convencional pulsando los botones apropiados. Como se va a tener frenado dinámico, el motor que está girando se detiene rápidamente cuando su botón de PARO se pulsa. b. En la posición MANUAL del selector, solo un motor puede operar a la vez y ninguna de las otras dos máquinas pueden ser arrancadas hasta que la máquina que esté operando se detenga. c. Cuando el interruptor selector este en la posición AUTOMATICO, los botones individuales ARRANCAR-PARAR no tendrá ningún efecto y el sistema completo va a ser controlado por la estación maestra. Bajo estas condiciones de operación al pulsar el botón de ARRANCAR arrancaran los tres motores en la secuencia 1, 2 y 3 con un pequeño retardo de tiempo entre los arranques. También mientras los motores estén funcionando al pulsar el botón de PARO los va a detener. Cualquier disparo del relevador de sobrecarga en cualquiera de los circuitos del motor, todos ellos se detienen. d. No será posible hacer una transferencia en el control de AUTOMATICO a MANUAL o viceversa, hasta que todos los motores se detengan. Si se intenta una transferencia mientras los motores estén funcionando, no sucede nada; una transferencia debe ser precedida por la pulsación del botón adecuado. Diseñe el circuito de control que cumpla con las especificaciones listadas.

3.

Circuito de control original

Fig. 12.11. Solución del problema 11.

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EQUIPO 1. 4.

Circuito de fuerza con el Cade_Simu

5.

Circuito de control en el Cade_Simu

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6.

Tabla de mediciones Corriente en Voltajes de línea cada motor en marcha VL1-L2 VL1-L3 Motor1

VL2-L3

Corrientes línea IL1 IL2

de Velocidad IL3

rpm

rps

Motor2 Motor3

Corrientes totales con los motores operando Motores 1-2 Motor 1-2-3

EQUIPO 2. 4.

Circuito de fuerza en The Constructor

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5.

Circuito de control en The Constructor

6.

Tabla de mediciones Corriente en Voltajes de línea cada motor VL1-L2 VL1-L3 en marcha

VL2-L3

Corrientes de línea IL1 IL2 IL3

Velocidad rp rps m

Motor1 Motor2 Motor3 Corrientes totales con los motores operando Motores 1-2 Motor 1-2-3

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6.1.2.

Segundo ejercicio. Arranque a tensión plena de cinco motores. Diseño y simulación utilizando el software Cade-Simu. Agregar las luces piloto respectivas. 1. Enunciado del problema en inglés

2.

Traducción Problema 6. Diseño de un circuito de control para un sistema transportador de cinco motores el cual pueda operar de acuerdo con las siguientes especificaciones: a) Cada motor tiene su propio motor de arranque a través de la línea y su propia estación de ARRANQUE - PARO. b) Será necesario comenzar los motores no 1 a 5 en secuencia numérica. Esto se hará pulsando los botones de inicio en la serie, y un solo motor en un momento se iniciará cuando se oprime un botón START. c) Si la pulsación de la tecla STOP o el disparo del relé de sobrecarga del motor Nº 5 paradas de este último, será el único que se detendrá. d) La detención del motor Nº 1 deberá detener todos los motores. e) La interrupción de cualquier motor mediante la pulsación de un botón STOP o el disparo de su relé de sobrecarga deberá parar el motor en particular y, además, todos los motores con números más altos. Este esquema de control se utiliza con frecuencia en los sistemas de transporte para evitar un choque en cadena de material si una de las secciones "para llevar" parar.

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3.

Circuito de control original

Fig. 2.1

EQUIPO 3 4.

Circuito de fuerza con el Cade_Simu

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5.

Circuito de control con el Cade_Simu

8.

Tabla de mediciones Corriente Voltajes de línea en cada VL1-L2 VL1-L3 VL2-L3 motor en marcha Motor1

Corrientes de línea IL1 IL2 IL3

Velocidad rpm rps

Motor2 Motor3 Moror4 Motor5 Corrientes totales con los motores operando Motores 1-2

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EQUIPO 4. 4.

Circuito de fuerza en The Constructor

5.

Circuito de control en The Constructor

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6.

Tabla de mediciones Corriente Voltajes de línea en cada VL1-L2 VL1-L3 motor en marcha Motor1

VL2-L3

Corrientes de línea IL1 IL2 IL3

Velocidad rpm rps

Motor2 Motor3

Corrientes totales con los motores operando Motores 1-2 Motor 1-2-3

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EQUIPO 5. Circuito original

4.

Circuito de fuerza en el Cade_Simu

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5.

Circuito de control en el Cade-Simu. Agregar luces piloto respectivas

6.

Tabla de mediciones Corriente en Voltajes de línea cada motor en marcha VL1-L2 VL1-L3 Motor1

VL2-L3

Corrientes de Velocidad línea IL1 IL2 IL3 rpm rps

Motor2 Motor3

Corrientes totales con los motores operando Motores 1-2 Motor 1-2-3

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VII. SUGERENCIAS DIDACTICAS 7.1. Leer cuidadosamente la parte que está en inglés y traducir 7.2. Hacer todas las simulaciones utilizando el software CADE-SIMU 7.3. 7.4. VIII. REPORTE DEL ALUMNO (RESULTADOS) 8.1. Contestar el cuestionario siguiente del capítulo 8 del libro de Petruzella

Texto en Inglés

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Respuestas

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1-

¿Porque inicialmente hay una alta irrupción de corriente mientras el motor está arrancando?

Cada motor cuando gira, actúa como un generador. Esta acción de generación produce un voltaje contrario, u opuesto, al voltaje aplicado que reduce la cantidad de corriente suministrada al motor.

2-

¿Cómo se compara la corriente de arranque y la corriente de plena carga de un motor?

Se dice que la corriente de arranque o a rotor boqueado es igual a 6 veces la corriente de trabajo a plena carga.

3-

¿Qué origina la condición de rotor bloqueado en un motor?

El término corriente a rotor bloqueado, es derivado del valor que es determinado por el bloqueo del eje así que no puede girar, entonces se aplica una cantidad de voltaje al motor, y se mide la corriente.

4-

¿Cómo es diseñado el arrancador de voltaje para arrancar un motor?

Un arrancador full-voltage o across-the-line está diseñado para aplicar el voltaje de línea completo al motor en el arranque.

5-

Compara la forma en que operan los contactos principales de un arrancador manual y magnético.

A diferencia del arrancador manual en el que los contactos de potencia se cierran manualmente, los contactos del arrancador del motor del arrancador magnético se cierran al energizar una bobina de retención. Esto permite que el uso del control magnético, las estaciones de pulsadores están montadas cerca, pero los dispositivos piloto de control automático pueden montarse en casi cualquier lugar de la máquina.

6-

Explica cómo es aplicado el termino sin liberación de voltaje a los arrancadores manuales.

Los contactos de arranque no pueden volver a cerrarse hasta que el relevador de sobrecarga se reinicie manualmente. El arrancador se reinicia moviendo el asa a la posición de apagado total después de dejar que el calentador se enfrié durante aproximadamente dos minutos.

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7-

Un arrancador magnético “across-the-line” es operado por una sola estación de botones pulsadores start/stop. Si una segunda estación de botones pulsadores es agregada, ¿cómo deberían ser conectados los botones pulsadores con relación a los existentes?

El motor se puede arrancar o parar desde varias ubicaciones conectando botones de arranque adicionales en paralelo y botones de paro adicionales en serie.

8-

¿Qué es exactamente una combinación de arrancador de motor?

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