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• ismael sntana

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MAQUINAS ELECTRICAS 2.5 Ecuaciones de par electromagnético para los motores de CD El par o momento electromagnético en las maquinas eléctricas es una función de los flujos del estator y rotor Φs Φr: T =(f Φ Φ ) Como los flujos y las corrientes se relacionan directamente ya que Φ = L⋅i , es usual expresar el par en término de las corrientes: T=fii También, se puede representar el par en forma mixta entre flujos y corrientes, como es el caso del motor de corriente directa, en el cual el par es producido por interacción de la corriente que produce el par ( ia ), y el flujo de la excitación Φ . Kt es una constante constructiva de la máquina, entonces la relación del par para el motor sería:

2.6 Condiciones de arranque para los diferentes tipos de motores de Cd Un motor síncrono no tiene par de arranque. Luego, no puede arrancar por sí mismo y necesita algún método de arranque que lo lleve a la velocidad de sincronismo o a una velocidad muy cercana a la de sincronismo. En este último caso, una vez que la máquina ya casi gira a la velocidad síncrona se excita su inductor, lo que da lugar al par electromagnético (más el par de reluctancia, si la máquina es de polos salientes) que consigue que alcance la velocidad de sincronismo. Este proceso se denomina autosincronización. Arranque mediante un variador de frecuencias. • Este método de arranque se emplea cuando se utiliza el variador para regular la velocidad. No tiene justificación económica el usar un variador de frecuencias sólo • Se arranca el motor con una frecuencia muy baja, a la que corresponde una velocidad síncrona lo suficientemente pequeña como para que el rotor –a pesar de su inercia mecánica sea capaz de empezar a girar a dicha velocidad. • Luego se aumenta progresivamente la frecuencia, y con ella la velocidad síncrona, de forma que el rotor sea capaz de seguir este aumento gradual de la

velocidad hasta alcanzar la velocidad normal de funcionamiento y completar así el proceso de arranque. Arranque mediante un motor auxiliar. • Arranque mediante un motor auxiliar de corriente continua Se pueden usar dos tipos de máquinas de c.c. como motor de arranque: – Motor independiente de corriente continua – Usar la excitatriz de c.c como motor durante el arranque • Arranque mediante un motor auxiliar asíncrono Se pueden usar dos tipos de máquinas asíncronas: – Motor de arranque del mismo número de polos que el motor síncrono Los motores síncrono y de arranque tienen la misma velocidad síncrona. El motor de arranque no alcanza la velocidad de sincronismo, pero sí una lo suficientemente cercana a ella como para que se produzca la autosincronización del motor síncrono. – Motor de arranque con un par de polos menos que el motor síncrono El motor de arranque tiene una velocidad de sincronismo superior a la del motor síncrono. Se puede regular su velocidad para que iguale a la síncrona del motor síncrono o llevarle a una velocidad superior, desconec- tarle -con lo que la velocidad empieza a bajar- y conectar el motor síncrono en el momento en el que la velocidad iguale a su velocidad síncrona. Arranque como asíncrono. • El motor síncrono arranca como motor asíncrono gracias a las corrientes que se inducen en el devanado amortiguador y en las masas macizas del rotor cuando la velocidad. • Mediante este método la máquina alcanza una velocidad algo inferior a la síncrona, pero muy cercana a ella. En este momento se alimenta el inductor con corriente continua y se produce la autosincronización de la máquina. • Para reducir la corriente de arranque se usan los mismos métodos que en las máquinasasíncronas:estrella-triángulo,autotransformador, • Mientras la máquina está girando a una velocidad diferente a la de sincro- nismo su rotor se ve sometido a la acción de un campo magnético variable con el tiempo que induce una f.e.m. elevada en el devanado inductor. No conviene que este devanado permanezca en circuito abierto, porque esta f.e.m. podría dañar sus aislamientos o los del colector. Tampoco conviene ponerlo en cortocircuito porque circularía una corriente alterna elevada. Por esta razón, durante el arranque el devanado inductor se conecta a la resistencia de extinción del campo, cuyo valor óhmico es igual a unas 10 veces la resistencia del devanado inductor.

2.7 Control de los motores de CD Actualmente, la mayoría de los trenes utilizan motores asíncronos o de inducción para la tracción ferroviaria, ya que son más baratos y menos robustos que los motores de corriente continua. Además, son más eficientes y presentan menos averías. En España, tan solo un reducido número de unidades ferroviarias circulan todavía con motores de corriente continua, como las series UTE-3800 FEVE y 446 de cercanías, por ejemplo. Para controlar motores CD alimentados por una línea en corriente alterna, ya sea monofásica o trifásica, se utilizan generalmente rectificadores controlados, formados por tiristores o transistores IGBT. Sin embargo, en la práctica no existen redes ferroviarias alimentadas en alterna cuyos trenes utilicen motores de continua, por lo que no se utilizará esta tecnología en trenes. Existen dos formas de controlar la velocidad en motores de corriente continua, alimentados por una tensión continua: Regulación mediante reóstatos. Regulación mediante recortadores o choppers.

2.7.1 arranque. Arranque directo a línea La manera más sencilla de arrancar un motor de jaula es conectar el estator directamente a la línea, en cuyo caso el motor desarrolla durante el arranque el par que señala su característica par–velocidad. En el instante de cerrar el contactor del estator, el motor desarrolla el máximo par de arranque y la corriente queda limitada solamente por la impedancia del motor. A medida que el motor acelera, el deslizamiento y la corriente disminuyen hasta que se alcanza la velocidad nominal. El tiempo que se necesita para ello depende de la carga impuesta a la máquina, de su inercia y de su fricción. La carga de arranque no afecta al valor de la corriente de arranque sino simplemente a su duración. En cualquier motor de jaula, la corriente y el par dependen solo del deslizamiento.

Cuando un motor de jaula se conecta directamente a la línea en vacío, según su potencia, puede adquirir la velocidad nominal en un segundo. Cuando la maquina arranca con carga de poca inercia, el tiempo de arranque del mismo motor podría aumentar a 5 ó 10 segundos. La sencillez del arranque directo hace posible el arranque con un simple contactor, por lo que suele efectuar rara vez mediante arrancador manual. Los arrancadores automáticos comprenden el contactor trifásico con protección de sobrecarga y un dispositivo de protección de sobrecarga de tiempo inverso. El arranque y la parada se efectúan mediante pulsadores montados sobre la caja, pudiéndose también disponer de control remoto si fuera necesario. Arranque estrella–triángulo Se trata de un método de arranque basado en las distintas relaciones de la tensión de línea y la compuesta, a la tensión de fase que representan los acoplamientos trifásicos estrella–triángulo. En consecuencia, el método solo será aplicado a motores trifásicos alimentados por una red trifásica cuyo devanado estatórico presente sus seis bornes accesibles. Esta solución no solo permite la utilización del motor con dos tensión distintas, que estén en la relación, sino, también, el arranque del motor, normalmente previsto para trabajar con la conexión triángulo a la tensión nominal, con una tensión reducida. A base, pues, de un simple cambio de conexión de las fases de devanado estatórico, se tiene la posibilidad de reducir la tensión aplicada al motor en la puesta en marcha, limitando consecuentemente el golpe de corriente de arranque, en este simple principio está basado el método de arranque estrella–triángulo. Normalmente, la puesta en servicio y el cambio de conexión se realiza mediante un conmutador manual rotativo de tres posiciones : paro–estrella–triángulo, si bien se refiere hoy en día confiar esta maniobra a dispositivos automáticos a base de tres contactores y un temporizador que fija el tiempo del cambio de la conexión estrella a la conexión triángulo a partir del instante de iniciarse el ciclo de arranque. Se obtienen así las mejores características posibles del ciclo de arranque, a tenor del momento de inercia y del par resistente de la máquina, con valores de la corriente transitoria en la conexión triángulo más limitados. En motores trabajando gran parte de su tiempo de servicio con un par reducido por bajo de un tercio de su par nominal, puede ser interesante el utilizar en estos

periodos la conexión estrella, mejorándose con ello el rendimiento y, sobre todo, el factor de potencia. Arranque por autotransformador Este método utiliza un autotransformador para reducir la tensión en el momento del arranque, intercalado entre la red y el motor. En este caso se le aplica al motor la tensión reducida del autotransformador y una vez el motor en las proximidades de su velocidad de régimen se le conecta a la plena tensión de la red quedando el autotransformador fuera de servicio. Arranque Wauchope El arranque wauchope es una modificación del arranque estrella–triángulo. Introduce una resistencia al cambiar de la posición estrella a la de triángulo, evitando los picos de corriente. Además de no desconectar el motor de la línea durante la conmutación, proporciona un impulso adicional de aceleración. Este método de arranque no solamente evita los transitorios de corriente, sino que logra un par continuo durante el periodo de arranque sin disminución de la velocidad durante la conmutación. Arranque mediante resistencias en el estator Este método de arranque consiste en conectar el motor a la línea mediante una resistencia en serie en cada una de las fases. La resistencia se puede graduar en secciones para limitar la corriente de arranque a un valor pretendido según las normas de la compañía y el par que necesita la máquina de carga. Los arrancadores de resistencias manuales de diferentes posiciones son normalmente del tipo de disco. En los arrancadores de contactor se puede disponer uno de estos para obtener una aceleración adicional cortocircuitando la resistencia de arranque. Cuando se necesita un arranque suave y gran par de arranque se puede conseguir esto mediante una resistencia única en cada una de las fases del estator. Cuando la resistencia tiene varios terminales se puede elegir el par de arranque mediante la posición del selector de las resistencias. Este método se emplea con motores de jaula de ascensores pequeños, donde, debido a la corta duración del periodo de carga, la resistencia se deja a menudo permanentemente al circuito. Arranque mediante resistencias en el rotor

Para este tipo de arranque se ha de utilizar un motor con el rotor bobinado. Se trata de conectar a las bobinas del rotor unas resistencias en serie y cortocircuitadas a su salida. En el primer tiempo se conectan todas las resistencias, en el segundo se elimina la mitad de las resistencias y en el tercero se cortocircuitan las bobinas del rotor funcionando el motor a su plena tensión como si fuera una jaula de ardilla. Arranque por bobina A veces se emplea también el arranque por bobina aunque ésta no se pueda dividir fácilmente en secciones. Las características de arranque son muy parecidas a las del arranque por resistencias estatoricas, pero el aumento de tensión en bornes a medida que el motor va adquiriendo la velocidad de sincronismo, lo que produce un mayor par máximo. Un bajo factor de potencia del motor en el arranque da lugar a una resistencia más pequeña de la bobina para una reducción dada de la tensión con rotor parado, que la que se obtiene con resistencia estatórica. A medida que la velocidad del motor aumenta no solamente disminuye la corriente, sino que el factor de potencia aumenta y la tensión que cae de la bobina se desfasa con respecto a la caída de tensión en el motor, a medida que el motor va adquiriendo la velocidad nominal, mientras que la tensión en Bornes y el par aumenta por encima del valor que se obtiene con arranque o resistencia para las mismas condiciones iniciales. Arranque de dos velocidades Son motores trifásicos con dos devanados separados normalmente conectados cada uno en estrella y teniendo también cada uno de ellos distinto número de polos para obtener una velocidad por cada bobinado. Estos tipos de motores solo se pueden conectar a una tensión y solamente se puede realizar el tipo de arranque directo. También se pueden utilizar motores en conexión Dahlander que consiste en un bobinado en triángulo con seis salidas: las tres de la conexión triángulo y una más por cada bobina que parte del centro de la misma. La primera velocidad se conecta el motor en estrella y las otras salidas se dejan libres, y la velocidad rápida consiste en conectar la tensión a través de las conexiones nuevas y conectando en estrella las conexiones del triángulo. La velocidad rápida es el doble que la velocidad lenta. Arranque de tres velocidades

Estos motores tienen dos devanados que son. Uno independiente y otro en conexión Dahlander. La primera velocidad es la primera de la conexión Dahlander, la segunda es la del devanado independiente y la velocidad rápida es la segunda de la conexión Dahlander.

2.7.2 velocidad. Denominamos característica par-velocidad de un motor a la representación gráfica de la velocidad del motor frente al par que desarrolla dicho motor. Pero, ¿qué es el par de un motor? Trataremos de explicarlo lo más fácilmente posible: En los conductores del inducido de una máquina de este tipo, aparecen fuerzas que hacen girar el rotor de la máquina. Como todas las fuerzas asociadas a giros, cada una de ellas tendrá asociado su correspondiente momento. Pues bien, la suma de todos estos momentos individuales (sin olvidar que las fuerzas tienen que ejercer su acción en el mismo sentido) dará el momento de rotación de la máquina. Si la máquina es un generador este momento se denomina Par Resistente porque se opone al movimiento que lo produce. Pero si se trata de un motor, se denomina Par Motor porque es el que produce el giro de dicho motor. Algunos ejemplos de características par-velocidad tanto de una carga como de un motor son:

Elaboración propia Si observas la gráfica del par-velocidad del motor y la carga, verás que hay un punto (señalado con una flecha) en el que el par motor y el par necesario para la carga coinciden, a ese par se le denomina par motor nominal y la velocidad a la que corresponde ese punto será la velocidad nominal de la máquina.

2.7.3 inversión de giro. Un motor monofásico es un máquina rotativa alimentada por corriente eléctrica capaz de transformar la energía eléctrica en mecánica. La inversión del giro permite a estos motores ejercer fuerza mecánica en sentidos opuestos, aunque no de forma simultánea. Para elevar una plataforma para vehículos, e invertir el giro para pararla, o como elemento de ayuda para subir o bajar las ventanillas eléctricas, cuando el coche no tiene batería, y se le acopla una alimentación externa, según explica Loctite en un artículo publicado en su blog. Así, existen diferentes formas de realizar la inversión del giro según el tipo de motor con el que se trabaje. Motores de fase partida. En este caso, en el momento del arranque el motor es bifásico, con sus devanados desfasados entre sí 90° para que se pueda poner en marcha. Cuando se alcanza el régimen de vueltas necesario, se desconecta el devanado de arranque y, a partir de entonces, funciona como monofásico.

La desconexión del devanado auxiliar se realiza mediante los interruptores centrífugos situados en el eje. Los devanados están conectados en paralelo a una placa de bornes y, aparte, el devanado auxiliar se suele conectar en serie a un condensador electrolítico con la finalidad de mejorar el par de arranque y su rendimiento. Se pone en marcha de forma manual, mediante un interruptor de dos polos. Si se quiere invertir el sentido de giro se deben invertir las conexiones de uno de los devanados en la placa de bornes, en ningún caso se deben invertir las conexiones de alimentación, porque el motor seguirá girando en la misma dirección. Motores con arranque por condensador. Al acoplar un condensador al devanado auxiliar de arranque se aumenta hasta 3 y 4 veces el par normal de giro. Por ello, se suele tratar de motores sometidos a una gran carga de trabajo: bombas, compresores, lavadoras industriales, etc. El funcionamiento es prácticamente el mismo que el de fase partida, y por tanto la forma de invertir el giro del motor sería cambiando entre sí los terminales del devanado de arranque. Motor de espira en cortocircuito. Se trata de un motor de baja potencia, empleado principalmente en ventiladores. Al aplicar corriente a los devanados se crea un campo magnético. Este campo magnético no es capaz por sí mismo de arrancar el motor, por lo que la corriente que pasa por la espira crea una fuerza electromotriz inducida. Al mismo tiempo, produce un flujo propio que se opone al principal, creando así un sistema de dos flujos en el que el propio está desfasado respecto al principal, lo cual permite girar al motor. Por tanto, el sentido de giro del motor será el que va desde el eje del polo a la espira. Si se quiere invertir el sentido de giro será necesario desmontar el motor e invertir el rotor manteniendo a su vez la posición del estator.

2.7.4 frenado. Permite fijar la máquina de forma sencilla en la bancada, bajo las normas de seguridad que impiden el funcionamiento de la bancada de forma inadecuada. El control de la bancada se realiza mediante diales potencio métricos de las variables Par o Velocidad, o mediante señales externas que permiten su control mediante SAD y ordenador.

Visualización en todo momento de la potencia, velocidad y par ejercido en el eje de la bancada, señales disponibles en conector exterior.

2.8 Aplicaciones de los motores de CD. • Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres. • Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor. • Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación. • Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades. • Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles. • Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes