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• Daniel Peña

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UNIVERSIDAD CATOLICA SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES

MAQUINAS ELECTRICAS FRENADO DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO CON CONTACTORES

DOCENTE: Ing. Luis A. Chirinos. ALUMNO: Pelaez Quispe joseluis

GRUPO: Lunes 4:30 -6:30 pm 2014

FRENADO DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO CON CONTACTORES 1.- OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para elaborar el esquema de instalación y realizar el montaje del circuito correspondiente utilizando contactores, para la operación de un motor asíncrono trifásico. Medir la corriente que toma en el arranque y la corriente de operación normal. 2.- FUNDAMENTO TEÓRICO: Frenado por Inyección de Corriente Continúa en motores trifásicos Este procedimiento de frenado se obtiene separando el motor de la red de corriente alterna y conectando dos bornes de su estator sobre una fuente de corriente continua. Siguen siendo válidas todas las consideraciones expuestas sobre este mismo tema y referidas a los motores de rotor en cortocircuito. Pero, además, sucede que los motores con rotor bobinado permiten, entre ciertos límites, elegir la velocidad más apropiada para un par de frenado determinado. La potencia disipada en forma de calor en las resistencias rotóricas es moderada. Si se tiene en cuenta que un frenado a contracorriente, la potencia rotórica durante el frenado y que debe disiparse, es prácticamente igual a la potencia nominal del rotor, advertiremos que en el frenado por inyección de corriente continua, las dimensiones de las resistencias rotóricas pueden reducirse considerablemente, lo que significa una importante ventaja en este procedimiento de frenado. Generalmente, el valor de la intensidad de corriente continua inyectada al estator, está determinada por las condiciones más desfavorables, es decir, motor caliente y tensión de la red a su más bajo valor. Por lo tanto, resulta una sobre intensidad cuando el motor está frío y la red sometida a sobretensión. Cuando se trata de mando manual, es aconsejable prever un dispositivo temporizador, que corte el frenado después de un tiempo predeterminado. En efecto, si el dispositivo de maniobra se dejara indefinidamente en posición de frenado, el motor y su fuente de corriente sufrirían un calentamiento excesivo, que podría conducir a su destrucción; ninguna circunstancia revelaría este peligro, ya que la máquina permanecería en reposo. Funcionamiento del motor asíncrono trifásico: Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor. Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un para motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica. Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento. Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio. Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

Corriente de Arranque y sus efectos en el sistema: La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cosɸ , rendimiento η, tensión V, frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. La fig. 1.20 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga (Fig. 1.20a) se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cosϕ en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos ɸ.

Fig. Motor trifásico

Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque I A de 7 a 10 veces la corriente nominal IN. La corriente de arranque I A es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar a el motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor. I A = 7x IN y puede llegar hasta I A = 10 x IN Por ejemplo: Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: I A = 7 x IN= 7 x 10 A= 70 A I A = 10 x IN= 10 x 10 A = 100 A Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que estas debilitan a los embobinados. Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella –delta; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (I A, Y ) es menor que la corriente en delta (I A,∆).

Corriente de Arranque y sus efectos en el sistema: La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cosɸ , rendimiento η, tensión V, frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. La fig. 1.20 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga (Fig. 1.20a) se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cosϕ en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cosɸ.

Tipos de frenado en un motor asíncrono Frenado contra corriente Este se emplea más universalmente en la práctica, puede ser obtenido del mismo modo que en el caso de un motor de corriente continua, si el par motor de la carga es Mres > Mcc. Para limitar la corriente y obtener el momento correspondiente en el frenado es necesario para utilizar el motor de anillos conectar al circuito del rotor una resistencia adicional, al régimen permanente cuando el frenado es contracorriente le corresponde. Ejemplo: el punto West, Mres en la característica Rr2.

La característica mecánica para R1 en este frenado y Mres = constante, puede ser obtenido también mediante la conmutación durante la marcha de dos fases del devanado del estator del que conduce al cambio de sentido de la rotación del cambio magnético, el rotor en este coso gira en sentido contrario al campo y gradualmente va disminuyendo la velocidad. Cuando=0, el motor debe ser desconectado de la red, por el contrario este puede de nuevo pasar al régimen del motor, con particularidad de que su rotor pueda seguir girando en sentido opuesto al anterior. Frenado regenerativo Es posible si la velocidad es mayor que la sincrónica. A medida que el motor se aproxima a la marcha en vacío ideal o a la sincrónica el par del motor se acerca a cero. Durante el ulterior de la velocidad, a la influencia del momento exterior, cuando , el motor trabaja como generador en paralelo con la red a la cual este puede devolverle energía eléctrica; consumiendo en este caso la potencia reactiva para la excitación. Este tipo de frenado se emplea en los motores de conmutación de polaridad, así como en los accionamientos de maquinas elevadoras de carga (Monta carga, ascensores) Frenado dinámico Suele obtenerse conectando el devanado del estator a la red de corriente continua el devanado del rotor se cierra a la resistencia exterior para pasar del régimen del motor al frenado dinámico, el contactor 1 desconecta el estator de la red de corriente alterna y el 2 conecta el devanado del estator a la red de corriente continua a fin de limitar la corriente y obtener distintas características de frenado en el circuito del rotor se ha previsto una resistencia exterior, la corriente continua circulando por el devanado del estator forma un campo fijo, cuya onda base da una distribución sinusoidal de inducción. En el rotor giratorio se engendran corriente alterna que genera su campo, el cual también es fijo con relación al estator debido a la interacción del flujo magnético total con la corriente del rotor aparece el momento de frenado cuya magnitud depende de la fem del estator de la resistencia del rotor y de la velocidad del motor. Frenado por inserción de corriente continúa: Este procedimiento consiste en inyectar corriente continua en el estator previamente separado de la red. Esta corriente crea un flujo fijo en el espacio. Para que el valor de este último corresponda a un frenado conveniente, la corriente debe ser aproximadamente 1,3 veces la intensidad. El valor de esta corriente está fijado sólo por los devanados del estator y la tensión de la fuente de corriente es pequeña (por ejemplo 20 voltios). 3.- ELEMENTOS A UTILIZAR:     

Multimetro Puente de resistencias Fuente de alimentación Dc Motor asíncrono trifásico Contactores



Amperímetro de pinza

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCION:

Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de las bobinas. (Indicar las características del motor según la información de su placa).

Datos de placa del motor con el cual se realizó el laboratorio:

Datos de placa

MOTOR TRIFASICO

1.2 HP 0.9 W V = 380 yy IN = 2.3 A f = 60 Hz Cosϕ =0.85

Elaborar el diagrama completo del circuito de fuerza para una tensión de alimentación de 380V

L1 L2 L3 N

5

3

1

k-1 4

2

6

T2 T1

T3

M 3

᷉

Elaborar el diagrama del circuito de control considerando una tensión de alimentación a la bobina del contactor de 220V.

L3 N

STOP

21

22

START

13

13 K-1

14

14

A1 K-1 A2

Elaborar el circuito de frenado eléctrico DC del motor asíncrono utilizando una fuente de alimentación de señal DC regulada a 20V. L1 L2 L3 N 5 6

1 2

5

3 4

6

k-1 k-1

+ 1

3

2

k-2 T2

4

T3

T1

A

M 3 ᷉

L3 N 21

13

13

K14 2

14 22

13

15 13 K-1

14

14

16 21 22

21 22

K-1

K-2

A1

A1 K-1

A2

K-T

A1 K-2

A2

K-T A2

5.- CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN: 5.1.- Describa por qué se produce la rotación del motor asíncrono de inducción trifásico. En los motores trifásicos de inducción el estator es la parte que crea el campo magnético y, en el rotor es donde se origina el par de fuerzas causante del giro. El estator está constituido por un devanado trifásico, es decir por tres devanados monofásicos desfasados 120º en el espacio. Al conectarse el devanado a una red trifásica equilibrada, las intensidades absorbidas son también trifásicas equilibradas. Esto da lugar a un campo magnético giratorio, que presenta las siguientes características: -Su inducción magnética (B) es constante respecto al tiempo y, depende de la tensión y de la frecuencia de la red trifásica. -Su número de polos depende de la configuración de las bobinas del devanado y del número de ranuras del estator. -La velocidad de giro depende del número de polos del devanado estatórico y de la frecuencia de la red:

Donde: NS: velocidad del campo giratorio (vel. de sincronismo) en rpm. f: frecuencia en Hz. P: número de pares de polos del devanado estatórico. El estator es la parte estática de la máquina y que por tanto no gira; lo que sí gira es el campo magnético creado por su devanado trifásico. En Fig. se puede ver un campo magnético giratorio de un motor de 4 polos, donde los dos polos N están en color azul y en rojo los dos polos S. El conjunto se comporta como un imán giratorio. Observa como los polos penetran en el rotor.

5.2.- Explique por qué la señal de voltaje DC aplicado logra frenar al motor asíncrono y que precauciones deben observarse en su aplicación. ¿Por qué? Este sistema de frenado consiste en desconectar el motor de la línea de alimentación y conectar inmediatamente dos bornes del estator de una fuente de corriente continua; estas condiciones, el rotor gira con relación a un campo magnético fijo y su desplazamiento crea un par de frenado. Una vez que el rotor del motor esta frenado, se deja de suministrar la tensión continúa al estator. La tensión continua de alimentación ha de ser siempre bajo y se determina únicamente con la resistencia de los devanados estatoricos. Generalmente, la fuente de alimentación es la propia línea de corriente alterna, a través de un trasformador reductor y de un equipo rectificador de baja tensión. Como precauciones tenemos que tener en cuenta que como en corriente continua en la ley de Ohm sólo interviene las resistencias, pero no las reactancias, la tensión continua con que se alimenta el estator debe tener un valor pequeño para que no origine corrientes peligrosas. También las operaciones de arranque y frenado se realizan por medio de contactores y para evitar calentamiento excesivo, se debe instalar un interruptor de velocidad que se desconecte la alimentación de corriente continua una vez que el motor se ha parado.

5.3.- De acuerdo al Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de instalación del motor ensayado detallando los valores de los elementos de protección que deben utilizarse. DIAGRAMA DE FUERZA L1 L2 L3 N 5 k-2 6

1

3

2

4

1

3

5

2

4

6

k-1

k-2 T2

A

T1

T3

M

3 ᷉

DIAGRAMA DE MANDO L3 N

STOP

21

13

13 K-2

22

14

14

15 13

K-T

13 K-1

DIR

14

16

14

21

21 K-1

K-2 22

22

A1

A1 K-1

A2

A1 K-2

A2

K-T A2

5.4.- ¿Cómo se debe regular la acción de frenado (intensidad y tiempo) en del motor ensayado?, además explique las previsiones que deben considerarse.

Para regular el frenado depende del voltaje de entrada en corriente continua al circuito, como también depende la velocidad de frenado del motor a mas voltaje el motor frena a menor tiempo a menor voltaje el motor frena más lento la cual se tiene que tomar una consideración para no sobrepasar el voltaje de corriente continua para el frenado la cual puede dañar al motor y al circuito.

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: 

Cuando el temporizador calibrábamos para más tiempo se podía media con mucha mayor facilidad la corriente.



El frenado del motor por inyección de señal DC corriente continua es una forma aparte del frenado mecánico la cual es muy utilizado.



Se necesita una corriente muy parecida a la corriente nominal para el frenado (IDC =IN).



El voltaje que entra al circuito es muy importante por eso depende del tiempo de frenado del motor.



Observamos que se puede trazar una gráfica entre el voltaje dc y el tiempo ya que son proporcionales.



Un frenado más eficiente es el frenado por variador de frecuencia pero el problema es su costo para lo cual habría que analizar la aplicación del motor para ver si vale la pena invertir o no tomando en cuenta que a muy altas velocidad el freno por inserción de corriente no es muy adecuado. Para este circuito también se empleó el sistema de enclavamiento la cual es la seguridad para evitar corto circuito. El frenado por inserción de corriente es muy útil cuando se trabaja con motores de baja y mediana potencia, ya que logra realizar un frenado progresivo, pero se debe entregar solo un voltaje DC pequeño para evitar altas corrientes. El temporizador es de mucha utilidad ya que nos permite medir la corriente y así tener precauciones al momento del funcionamiento del motor.

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

7.- BIBLIOGRAFÍA:   

http://www.buenastareas.com/ensayos/Frenado-De-Un-Motor-ConCorriente/1478265.html http://es.scribd.com/doc/60127362/20/Frenado-por-inyeccion-de-corriente-continuafrenado-dinamico www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/control-motoreselectr/item/643-frenado-por-inyeccion-de-corriente-continua-en-motorestrifasicos.html#sthash.kVUDF7rt.dpuf