ARRANQUE EN ESTRELLA DELTA La mayor parte de los motores polifásicos comerciales de inducción con jaula de ardilla se devanan con su s estatores conectados en delta. Hay fabricantes fabricantes que ofrecen motores de inducción con el p rincipio y el final de cada devanado de fase en forma saliente, con fines de conexión externa. En el caso de los motores trifásicos, se pueden conectar a la línea ya sea e n estrella o en delta. Cuando se conectan en estrella, el voltaje voltaje que se imp rime al devanado es , o sea el 57,8% del voltaje de línea.
CONTR OL DE M OT ORES ELÉ CTRI COS
El control de la ene rgía eléctrica, es básica cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial industrial está relacionada e n primer lugar con el control del equipo eléctrico industrial y sus procesos relacionados. Cuando se trabaja trabaja con equipo eléctrico industrial, industrial, es necesario y fundamental, tener la habilidad para lee r diagramas esquemáticos; aunque hay distintos tipos de diagramas relacionados con el equipo eléctrico. Existen Existen otros diagramas relacionados con este equipo, como son: el diagrama de bloqu es, de interconexión, de alambrado, de disposición, los isométricos isométricos y los diagramas d iagramas de construcción. Existen, algunas condiciones que deb en considerarse al seleccionar, diseñar, instalar o dar mantenimien mante nimiento to al equipo de con trol del motor eléctrico. eléc trico. E1 control del motor era un problema sencillo cuando se u saba una flecha maestra común, a la que se conectaban varias máquinas, porque el motor tenía que arrancara parar sólo unas cuantas veces al día. Sin embargo, con la transmisión individual individual el motor ha llegado a ser casi una parte integrante de la máquina y es necesario diseñar el controlador para ajustarse a sus necesidades. Control de l motor.
Es un término genérico que significa muchas cosas, desde un simple interruptor de volquete hasta un complejo sistema con componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores. Sin embargo, la función común es la misma en cualquier caso: esto es, controlar alguna o peración del motor eléctrico. Por lo tanto, al
selecci e i st l equi e cont ol un otor se ebe consi erar una ran canti ad de di ersos f actores a fin de que aquél ueda f uncionar correc tamente junto a la máquina ara la que se diseña.
PROPÓSI O E CONTROLADOR
Al unos de los f actores a considerarse respec to al controlador , al seleccionar lo e instalar lo, pueden enumerarse como si ue:
Arranque. El motor se puede arrancar conectándolo directamente a través de la línea. Sin embargo, la máquina impulsada se puede dañar si se arranca con ese esf uerzo girator io repen tino. El arranque debe acerse lenta gradualmente, no sólo para proteger la máquina, sino porque la oleada de corr iente de la línea durante el arranque puede ser demasiado grande. a f recuencia del arranque de los motores también comprende el empleo del controlador .
Parada. os controladores permiten el f uncionamiento asta la detención de los motores también impr imen una acción de f reno cuando se debe detener la máquina rápidamente. a parada rápida es una f unción vital del controlador para casos de emergenc ia. os controladores ayudan en la acción de parada retardando el movimiento centr íf ugo de las máquinas y en las operaciones de las grúas para mane jar cargas .
Inversión de la rotación. Se necesitan controladores para cambiar automáticame nte la dirección de la rotación de as máquinas mediante el mando de un operador en una estación de control. a acción de inversión de los controladores es un proceso continuo en muchas aplicaciones indus tr iales.
Marcha. as velocidades y caracter ísticas de operación deseadas , son, f unción y propósito directos de los controladores. Éstos protegen a los motores, operadores, máquinas y mater iales, mientras f uncionan.
Control de velocidad. Algunos controladores pueden mantener velocidades muy precisas para propósitos de procesos . industr iales, pero se necesitan de otro tipo para cambiar las velocidades de los motores por pasos o gradualmente.
Seguridad del operador. Muchas salvaguardas mecánicas han dado or igen a métodos eléctr icos. os dispositivos piloto de control eléctr ico af ectan directamente a los controladores al proteger a los operadores de la máquina contra condiciones inseguras.
Protección contra daños.
par te de la f unción de una máquina automática es la de protegerse a sí misma contra daños, así corno a los mater iales manuf acturados o elaborados . Por e jemplo, se impiden los atascamientos de los transpor tadores. as máquinas se pueden hacer f uncionar en reversa, detenerse , traba jar a velocidad lenta o lo que sea necesar io para realizar la labor de protección. Una
Mantenimiento de los dispositivos de arranque. vez instalados y a justados adecuada mente, los arrancadores para motor mantendrán el tiempo d e arranque, volta jes, corr iente y troqué confiables, en beneficio de la máquina impulsada y el sistema de energía. os f usibles, cor tacircuitos e interruptores de desconex ión de tamaño apropiado para el arranque, constituyen buenas prácticas de instalación que se r igen por los códigos eléctr icos. Una
Control manual
Interruptor de volquete. Muchos motores pequeños se arrancan con interruptores de volquete. Esto significa que el motor arranca directamente, sin el empleo de interruptores magnéticos o equipo auxiliar . os motores que se arrancan con interruptores de volquete se protegen mediante f usibles o cor tacircuitos en el circuito der ivado y, generalmente, impulsan ventiladores, sopladores u otras cargas por iluminación
Interruptor de seguridad. En algunos casos se permite arrancar un motor directamente a través del volta je completo de la línea, con un interruptor de segur idad accionado desde el exter ior . El motor recibe protección en el arranque y durante la marcha , con la instalación de f usibles de doble elemento, retardadores de tiempo. El empleo de un interruptor de segur idad para el arranque es una operación manual, por supuesto, y tiene las limitaciones de la mayor ía de los arrancadores manuales.
Controlador de tambor. os controladores de tambor son dis positivos manuales de interrupción, del tipo rotator io, que se usan, a menudo, para inver tir la dirección del movimiento de los motores y controlar la velocidad de las máquinas de c -a y c-c. Se pueden utilizar sin otros componentes de control en los motore s de tamaño más pequeño, generalmente f raccionar ios. En los motores de tamaño mayor , se emplean con arrancadores magnéticos, como dispositivos de control.
Tipo de placa frontal os controladores del tipo de placa f rontal se han utilizado, durante muchos a ños, para el arranque de los motores de c -c. También se emplean para el control de la velocidad de¡ motor de inducción con rotor devanado. os contactos de interrupción múltiple, montados cerca de un brazo selector en el f rente de una placa aislada, incorp oran el uso adicional de resistencias montadas en la par te trasera, como una unidad completa. El empleo de arrancadores de placa f rontal of rece carac ter ísticas que no se encuentran en otros controladores manuales. Circuitos de control manual
diagrama básico de control expresado en la f orma de diagrama de línea, es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito opere. Un
En la figura siguiente se muestra el diagrama de línea con los símbolos y el diagrama físico de cada componente para ilustrar el aspecto real de éstas y de su represen tación. Obsérvese en el diagrama de línea, que las líneas gruesas y las obscuras l y 2 represen tan la alimentación (de f uerza) al circuito; el volta je de alimentación se debe indicar en alguna par te del circuito y puede ser : 220 V, 440 V ó 2 300 v en corr iente alterna. uando se alimenta con volta je de corr iente directa debe indicar la polar idad con signo (- ó +) y los volta jes pueden ser : 0 V , 00 V, 200 V ó 2 0 V.
Control r moto y automático El concepto de control de motores eléctr icos en su sentido más amplio comprende todos los métodos usados para el control del compor tamiento de un sist ema eléctr ico. El sentido que se pretende en este capítulo, está relacionado con el arranque, aceleración, reversa, desaceleración y f renado de un motor y su carga. Por otra par te el control de motores eléctr icos se ha asociado tradicionalmente con el estudio de los dispositivos eléctr icos que intervienen para cumplir con las f unciones descr itas en el párraf o anter ior ; sin embargo, en la actualidad el concepto de control de motores eléctr icos, no sólo se refiere a los dispositivos eléctr icos convencionales, también a dispositivos electrónicos, cuyo estudio se relaciona con la llamada electrónica de potencia, lo cual da un mayor grado de comple jidad a los circuitos de control y por lo cual, su estudio requer ir ía de mayor detalle, no sólo en las componentes, s ino también en la var iedad de circuitos para distintas f unciones que se presentan en las instalaciones industr iales. El motor se puede controlar desde un punto ale jado, usando estaciones de botones. Deben incluirse interruptores magnéticos con las estacio nes de botones para control remoto, o cuando los dispositivos automáticos no tengan la capacidad eléctr ica para conducir las corr ientes de arranque y marcha del motor . Si éste se controla automáticamente, pueden usarse los siguientes dispositivos. El cont rolador de un motor eléctr ico es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y paro, con un compor tamiento en f orma determinada Y en condiciones normales de operación. El controlador puede ser un simple desconec tador (switch) para arrancar y par ar al motor , también una estación de botones para arrancar a éste en f orma local o a control remoto. Un dispositivo que arranque el motor por pasos o para inver tir su sentido de rotación, puede hacer uso de las señales de lo elementos por controlar , como s on: temperatura, presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranqué o paro del motor , y que evidentemente le dan un mayor grado de comple jidad. ada circuito de control, por simple o comple jo que sea, está compues to de un cier to numero de componentes básicas conectadas entre sí para cumplir con un
compor tamiento determinado. El pr incipio de operación de estos componentes es el mismo, y su tamaño var ía dependiendo de la potencia del motor que va a controlar , aun cuando la va r iedad de componentes para los circuitos de control es amplia. os pr incipales elementos eléctr icos para este fin, son los que a continuación se mencionan:
. Desconectadores (switches). 2. Interruptores termomagnéticos. 3. Desconectadores (switches) ti po tambor . 4. Estaciones de botones. . Relevadores de control. 6. Relevadores térmicos y f usibles. . ontactores magnéticos . ámparas piloto. 9. Switch de nivel, límite y otros tipos.
Interruptor de flotador. a elevación o descenso de un flotador unido mecánicamente a contactos eléctr icos, puede arrancar bombas impulsadas por motor para vaciar o llenar tanques, según se desee. También se utilizan para abr ir o cerrar válvulas de tuber ía para controlar fluidos. Es un switch de ba ja potencia de mando que convier te una acción de tipo mecánico dada por el nivel o posición del agua, en una señal eléctr ica que actúa en el circuito de control del motor para arrancar o parar . Su uso más f recuente se encuentra en equipos para bombeo, o bien del tipo hidroneumático y su f unción pr incipal, es mantener los valores límite (definidos por límite máximo y límite mínimo) en cisternas y tinacos. Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo pr incipio y están constituidos por un con junto de contactos que se accionan por dispositivos mecánicos, a justando los rangos de aper tura y cierre.
Interruptor de presión. os interruptores de presión se emplean para controlar la presión de los líquidos y gases (aire) dentro de una amplitud deseada. os compresores de aire, por e jemplo, se arrancan directa o indirectamente de acuerdo con la demanda de más aire, mediante un interruptor de presión. Reloj de control de tiempo. uando se requiere un per iodo definido de "cerrado y abier to" prácticamente, sin necesidad de a justes para largo s lapsos, pueden usarse relo jes para control. Un arreglo típico es un motor que debe arrancar a la misma hora y detenerse cada noche a una hora determinada. Termostato. junto con dispositivos piloto sensibles a los niveles de los líquidos, presiones de los gases, y hora del día, se utilizan ampliamente los termostatos sensibles a los cambios de temperatura. Éstos controlan indirectamente motores grandes en los sistemas de acondiciona miento de aire y en muchas aplicaciones
industr iales. ay muchos tipos dif erentes de termos tatos e interruptores que f uncionan por la acción de la temperatura.
Interruptor de límite. os interruptores de límite se usan, probablemente, con más f recuencia, para parar máquinas, equipo y productos en proceso, durante el curso. Estos dispositivos piloto se emplean en circuitos de control de arrancadores magnéticos, para gobernar el arranque, la parada o la inversión de la rotación de los motores eléctr icos. Interconexión eléctrica o mecánica con otras máquinas. Es posible, y probable, que muchos de los dispositivos piloto eléctr icos que se descr iben, se conecten juntos en un sistema de interconex ión en el que la operación final de uno o much os motores depende de la posición eléctr ica de cada dispositivo piloto individual. Un interruptor de flotador puede demandar más líquido, pero éste no fluirá hasta que lo admita un interruptor de presión o un relo j de control de tiempo. a obtención de la habilidad para comprender todo el sistema operacional y la f unción de los componentes individuales, es vital en el diseño, instalación y mantenimiento de los controles eléctr icos en cualquier sistema de interconex ión eléctr ica o mecánica. Es posible, con l a prác tica, transmitir el conocimiento de circuitos y descr ipciones para la comprens ión de otros controles seme jantes. Es imposible, en cualesquiera mater iales instructivos de control, mostrar cada sistema de interconexión diseñado e instalado indiv idualm ente. Sin embargo, comprendiendo las f unciones básicas del control y los circuitos elementales, y tomando algún tiempo para trazar y dibu jar los diagramas Mostrados, los difíciles sistemas de control de interconexión se tornarán mucho más f áciles de compre nder . ARRANQUE Y PARADA
Puede ser necesar io, en el arranque y la parada, considerar las siguientes condiciones a que se pueden su jetar el motor y la máqu ina a él conectada: El arranque y f renado está definido como una f unción en la cual el motor opera cu ando se acciona un botón y f rena cuando el botón se desacciona. Esta acción de arranque y f renado se usa con máquinas, en las cuales el motor debe opera por per íodos breves para conducir a la máquina a su posición o punto d, operación . En la siguiente figura se muestra un circuito sencillo que incorpora un switch selector de un polo. uando el selector se coloca en la posición de operación el circuito de retención de la posición no se abre. Si ahora se opr ime e botón de arranque , se completa el circuito de la bobina M y se sostiene Girando el switch selector a la posición de f renado , se abre el circuito sostenido o retenido. uando el botón se restablece la bobina M se desenergiza. El botón de arranque juega una doble f unción como botón de f renado . "
"
En la figura siguiente se muestra un circuito de f renado que requiere una estación de botones de doble contacto. Uno normalmente cerrado (N ) y uno normalmente abier to (NA). Este circuito, se ha usado en f orma extensiva por muchos años y es bastante conocido. F recuencia del arranque y la parada.
El ciclo de arranque de todos los controladores es vital en su operación continua satisf actor ia. os interruptores magnéticos, como los que se emplean para los motores, relevadores y contactares , pueden estropearse, en realidad, a sí mismos, por la aper tura y cierre repetidos y continuos. Es una de las
pr incipales f allas que busca un electr icista exper imentado en los tableros de control que no se encuentren f uncionando. Éstos también pueden necesitar per iodos más f recuentes de inspección y mantenimiento. os controladores y accesor ios de servicio pesado deben considerarse, definitivamente, cuando la f recuencia del arranque es grande.
Arranque ligero o de servicio pesado. Algunos motores arrancan sin carga y otros lo hacen f uer temente cargados. El arranque de los motores puede causar grandes per turbaciones en la línea de alimentación, que af ectan todo el sistema de distr ibución eléctr ica de una planta. Puede, aun, af ectar al sistema de la compañía eléctr ica. Existen cier tas limitaciones impuestas en el arranque de un motor , por las compañías generadores y las agencias de inspección eléctr ica. Arranque rápido o lento, Usualmente, la me jor condición para el arranque de un motor de e-a , para obtener el máximo esf uerzo de giro de su rotor , es cuando en el arranque se aplica el volta je total a sus terminales. Sin embargo, muy f recuentemente la maquinar ia impulsada se puede dañar a causa de ese repentino impulso de movimiento. Para evitar tal choque a las máquinas, al equipo y lo s mater iales que se elaboran, se han diseñado algunos controladores para arrancar los motores lentamente e ir aumentando su velocidad. Arranque suave. Aun con impulsos eléctr icos y mecánicos reducidos, mediante un método de arranque por pasos, pueden exis tir problemas que requieren medidas adicionales para remediar los. Si se requiere un arranque suave y gradual, merecen investigación los dif erentes métodos de control. Arranque y parada manuales o automáticos. El arranque y la parada manuales de las máquinas realizados por un operar io, indudab lemente serán, actualmente, una par te de la gran var iedad de producc ión industr ial en los Estados Unidos de Amér ica, mientras las personas las controlen. Sin embargo, muchas máquinas y procesos industr iales se arrancan y restablecen automáticamente mediante dispositivos automáticos, con un ahorro enorme de horas -hombre y mater iales. os dispositivos de parada automática se usan en los sistemas de control para motor , por las mas razones . Estos dispositivos reducen grande mente los r iesgos de f uncionamiento de algunas máquinas, tanto para el operar io como para los mater iales que en ellas se elaboran. Parada rápida o lenta. Es necesar io que muchos motores paren instantáneamente. a producción y algunas exigencias de segur id ad son tales, que es necesar io hacer que las máquinas se detengan tan rápidamente como sea posible. os controles automáticos y aplicados f acilitan el retardo y f renan la velocidad de un motor y, en realidad, aplican un torque en la dirección opuesta a la rotación. Existen controladores para motor para casi cada condición práctica. a regulación de la desaceleración es una f unción de los controles para motor . Paradas exactas. Dichas paradas exactas, como la detención de un elevador a nivel del piso, se f ac ilitan con equipo automático de parada suave y rápida. os dispositivos piloto automáticos se interconec tan con los sistemas de control, para detener los carros de los elevadores en una posición exacta a determinados niveles. F recuencia
de las inversiones de rotación necesarias. Una gran f recuencia de inversiones de rotación impone grandes exigencias sobre el controlador y el sistema de distr ibución eléctr ica. También puede necesitarse un motor especial para este tipo
de casos. Asimismo, debe prestarse esp ecial atención a los dispositivos de protección para arranque y marcha , a fin de evitar f allas innecesar ias.
El control de la velocidad del motor es esencial, no solamente para hacer lo f uncionar , sino para controlar su velocidad durante la marcha . Respect o al control de la velocidad, se deben considerar las siguientes condiciones: V elocidad constante.
En una bomba de agua se usa un motor de velocidad constante. omo prác ticamente f unciona a la misma velocidad ba jo una carga, normal, la velocidad constante es esencial para los grupos motogeneradores, en cualesquiera condiciones de carga. os motores de velocidad constante se usan en unidades de transmisión directa de 0 r .p.m., con potencias hasta de ,000 caballos de f uerza. V elocidad variable.
Para una grúa o elevador , una velocidad var iable es, usualmente, la me jor . En este tipo de traba jo, la velocidad var iable del motor disminuye con segur idad al aumentar la carga, y aumenta cuando ésta se reduce a fin de conducir la rápidamente. V elocidad
ajustable. on los controles para a justar la velocidad, un operar io puede regular la gradualmente, en una amplitud considerable, duran te la marcha. a velocidad también puede fijarse prev iamente, pero una vez a justada permanece relativamente constante con cua lquier carga dentro de la capacidad del motor . V elocidad múltiple.
Se utiliza una velocidad caracter ística en un motor de velocidad múltiple como el que se usa en un torno revólver . Aquí, la velocidad se puede fijar en dos o más grados definidos, permanec iendo prácticamente constante, independientemente de los cambios en la carga. Respecto al motor en sí, debe decidirse si se requieren o no las siguientes caracter ísticas de protección, y qué tipo debe incluirse en cada instalación indiv idual de control:
Protección contra sobrecarga. a protección durante la marcha y contra sobrecarga , se refiere al mismo caso. a protección contra sobrecarga es una caracter ística esencial de todos los controladores, que se diseña para proteger adecuadamente un motor y obt ener , aun, su máxima potencia disponible ba jo cier ta var iedad de condiciones de sobrecarga y temperatura. a sobrecarga puede or iginarse por un exceso de carga en la máquina impulsada, por un volta je ba jo en la línea, o por una línea abier ta en un sistema polif ásico, lo que resulta en operación monof ásica. Protección contra campo abierto. Existen relevadores de pérdida de campo para proteger los motores de c -c en der ivación, o de embobinado compues to, contra pérdidas de excitación del campo. ay dif erentes arreglos con el equipo de arranque para motores de c -c y sincrónicos de c-a . Algunos motores de c -c de cier tos tamaños pueden girar peligrosamen te, con pérdida de la excitación del campo, mientras otros no pueden hacer lo debido a la f ri cción y al tamaño p equeño. Protección contra fase abierta. a f alla de una f ase en un circuito tr if ásico puede producirse por un f usible f undido, una conexi6n abier ta o una línea rota. Si ocurre la f alla de una f ase cuando el motor se encuentra en reposo, se or iginarán corr ientes en el estator y permanecerán a un valor muy alto, pero el motor continuará estacionar io. omo los devanados no están debidamente ventilados mientras el motor está parado, el calentamiento producido por las corr ientes altas dañará,, muy probablemente , los
embobinados. También pueden existir situaciones peligrosas mientras el motor se encuentra f uncionando .
Protección contra inversión de fase. Si se intercambian dos f ases de la línea de alimentación de un motor tr if ásico de inducción, éste inver tirá s u dirección de rotación. Esto se denomina inversión de f ase. En la operación de un elevador y en aplicaciones industr iales, esto resultar ía un daño grave. os relevadores de f alla de f ase y de inversión de f ase, protegen a los motores, las máquinas y al pe rsonal contra r iesgos en los casos de f ase abier ta o inversión de f ase. Protección durante el curso. En los circuitos de control de los arrancadores magnéticos, se utilizan dispositivos piloto para gobernar el arranque, la parada o la inversión de la rota ción de los motores eléctr icos. Pueden usarse, indistintamente, como dispositivos de control para operación regular o como interruptores de emergenc ia para impedir f uncionamiento incorrec to de la maquinar ia. Pueden usarse en sistemas de control automático, a fin de evitar la posibilidad del error humano en la operación de una máquina. Protección contra sobrevelocidad. En cier tos motores es posible que se desarrollen velocidades excesivas que pueden dañar una máquina impulsada, mater iales en el proceso industr ial, o el motor . a protección contra s velocidad puede comprender la selección y uso adecuado del equipo de cont rol en aplicaciones tales como plantas de papel e impresión, f ábr icas de productos de acero, plantas de proceso industr ia textil. Protección contra inversión de corriente. a inversión accidental de la dirección de la corr iente en los controladores comple jos y sensibles para corr iente continua, puede ser muy grave . Riesgos similares pueden ser muy. f recuentes en los controles de equipo de c -c, que existen con las f allas de f ase e inversión de f ase en los sistemas tr if ásicos de corr iente alterna, pero dentr o de los propios controladores. a protección contra invers ión de corr iente es muy impor tante en el equipo para cargar bater ías. Protección mecánica. Una envolvente para una aplicación par ticular puede contr ibuir considerablemente a la duración y la opera ción sin dificultades de un -motor y un controlador . Todas las envolventes, como las de propósito general, herméticas, a prueba de polvo, a prueba de explosión y resistentes a la corros ión, tienen aplicaciones e instalaciones espec íficas. ada una debe pasa r la aprobación de la división eléctr ica del depar tamento local de construcción y segur idad. Protección contra corto circuito. Generalmente, la protección contra cor to circuito se instala en la misma envolvente que el medio de desconexión del motor , usual mente para motores más grandes que los f raccionar los. os f usibles que se instalan para este propósito, y los cor tacircuitos, son dispositivos de sobrecorr iente que tratan de proteger los conductores del circuito der ivado del motor , los aparatos de control de éste, y los motores contra sobrecorr iente sostenida debida a cor to circuitos, escapes a tierra y corr ientes prolongadas y excesivas de arranque. a gran cantidad de sistemas automáticos de arranque y control que pueden usarse, se dividen en las siguie ntes clasificaciones generales:
Aceleración por limitación de corriente (también llamado tiempo de compensación). Esto se refiere a la cantidad de corr iente o caída de volta je necesar ios para abr ir o cerrar los interruptores magnéticos. a elevación y la caída de las corr ientes y volta jes determina un per iodo de control de tiempo que se usa pr incipalmente para el control del motor de c -c. Algunos de esos tipos son:
1.
Aceleración por f uerza contraelectromotr iz o caída de volta je.
2. Aceleración por contac tor de cierre o relevador en ser ie. Aceleración por retardo de tiempo' Éste es del tiempo definido, del tipo per iodo de control de tiempo. Una vez que se a justa el per iodo de control de tiempo, no cambia, independientemente de los cambios de corr iente o v olta je que se encuentren con la aceleración del motor . siguientes tipos de controles de tiempo y métodos, se emplean para, la aceleración del motor ; algunos también se utilizan en los métodos de interconexión de los sistemas de control 1.
Relevadores de amor tiguador individual
2 .
Relevadores de amor tiguador de circuito múltiple
3. ontrol neumático de tiempo 4. Aceleración de límite de tiempo inductivo 5. ontroles de tiempo impulsados por motor 6. ontrol de tiempo por condensador a construcción compac ta de este dispositivo perm ite montar lo en la maquinar ia impulsada en otros lugares diversos, cuando el espacio disponible es pequeño. El tipo descubier to, o abier to, es un dispositivo que se puede montar en una ca ja ordinar ia para interruptor o para gr upo, para montar a nivel. as posiciones "cerrado" y "abier to" están marcadas claramente en la palanca de operación, que es muy similar a la que se emplea en un interruptor estándar , del tipo de volquete, para alumbrado. os arrancadores manuales para pote ncia f raccionar io tienen protección térmica contra recarga. En una sobrecarga, la palanca se mueve automáticamente hacia la posición central a indicar que se han abier to los contactos. Esto significa, definitivamente, que el motor se ha sobrecargado se res tablezca manualmente, lo que puede lograrse moviendo la palanca la posición "abier to", después de conceder dos minutos, aproximadamente, para que se enf ri é el relevador . os arrancadores manuales de potencia f raccionar io se pueden obtener con tipos dif eren tes de envolventes, así como del tipo abier to. Se pueden conseguir ca jas para proteger las par tes vivas contra contacto accidental, para montar en cavidades de la máquina, para proteger al arrancador contra polvo y humedad, o para evitar la posibilidad de una explosión cuando ese apara to se use en localidades peligrosas .
Operación automática
Algunas de las aplicaciones más usuales son: para el control de pequeñas máquinas herramientas, ventiladores, bombas, quemadores de petróleo, sopladores y unidades calef actoras. asi cualquier motor pequeño debe controlarse con un arrancador de este tipo. os dispositivos de control automático, tales como interruptores de presión, de flotador , o termos tatos, se pueden 'utilizar en unión de arrancadores manuales de potencia f raccionar io.
Sin embargo, su capacidad de contacto debe ser suficiente para conducir e interrumpir la corriente total del motor.
El dibujo esquemático de la figura B- ilustra un motor fraccionario controlado automáticamente por un interruptor de flotador, que se conecta correctamente en el circuito del pequeño motor, mientras se en cuentre cerrado el contacto del a rrancador manual. En la figura B- el interruptor selector debe volver a colocarse la posición automática si se desea que el interruptor de flotador realice una operación automática, como en las bombas de sumidero. Al llenarse el sumidero se elevará el flotador cerrando el contacto eléctrico normalmente abierto y, por lo tanto, arrancará el motor. Cuando se vacía el sumidero o tanque , el flotador baja, interrumpe el contacto eléctrico con el motor y lo detiene. Esta operación se repetirá cuando el sumidero se llene nuevamente. Prote
i n tér mi
ontra s obr e arga s
Las unidades de sobrecarga térmicas, de aleación fusible,.se emplean ampliamente en los arrancadores manuales de potencia, fraccionaria para la protección de motores eléctricos contra sobrecorrientes sostenidas resultantes de la sobrecarga provocada por la máquina impulsada, o por un voltaje de línea excesivamente bajo. La s bobinas calefactoras figura B-1) calibradas muy cerca del valor de las corrientes a plena carga del motor, inician la fusión de la aleación y la acción de disparo del relevador de la unidad de sobrecarga. Solamente se requiere un relevador en cualquiera de las versiones, de un polo o de dos polos, ya que la aplicación del arrancador se destina para el se rvicio de C.C. o monofásico de C.A. Estos relevadores ofrecen protección contra operación continua cuando la corriente de la línea es excesivamente alta. Los relevadores del tipo de aleación fusible no se pueden graduar y ofrecen una protección confiable contra sobrecarga. El disparo repetido no causa deterioro, ni afecta la exactitud del pu nto de disparo. Existe amplía variedad de unidades de relevador, de manera que se puede seleccionar el adecuado sobre la base de la corriente verdadera del motor a plena
carga. as unidades de relevador son i ntercambiables y accesibles desde el f rente del arrancador . omo la corr iente del motor está, en realidad, en ser ie con la bobina calef actora, aquél no f uncionará a menos que la unidad esté completa, con el elemento térmico instalado. as unidades de sobre carga pueden cambiarse sin desconec tar los alambres del interruptor o desmontar éste de su envolvente. Sin embargo, el interruptor debe desconec tarse por razones de segur idad. a corr iente normal de arranque del motor y las sobrecargas momentáneas no producirán acción de disparo, por las carac ter ísticas de tiempo e invers ión de los relevadores de aleación térmica. a sobrecorr iente continua que pasa por la unidad calef actora eleva la temperatura de la aleación, y cuando se alcanza el punto de f usión, se li bera el tr inquete y dispara el mecanismo interruptor abr iendo la línea o líneas que van al motor . El mecanismo interruptor es del tipo "gatillo libre", que significa que es imposible mantener cerrados los contactos contra una sobrecarga .
Arranca or es manuales con botones para el voltaje e la línea
Generalmente, los arrancadores manuales del tipo de botones se pueden utilizar para controlar motores monof ásicos hasta de h.p., motores polif ásicos hasta de siete y medio h.p., y motores de corr iente continu a hasta de dos h.p. ARRANCADORES
AGNÉTICOS PAFIA El VOLTAJE DE LA LÍNEA
El control magnético emplea energía electromagnética para cerrar los interruptores . os arrancadores magnéticos del tipo para el volta je de la línea, son dispositivos electromecánicos que proporcionan un medio seguro, conveniente y económico para arrancar y parar motores. Estos dispositivos se utilizan ampliamente por sus caracter ísticas de econom ía y segur idad ,pero, pr incipalmente, porque se pueden controlar desde un punto ale jado. Generalmente se usan cuando se puede aplicar con segur idad un torque de arranque a pleno volta je a la maquina impulsada y cuando no hay ob jeción a la oleada de corr iente resultante del arranque a través de la línea. Usualmente, estos arrancadores se contro lan por medio de dispositivos piloto, tales como acciones, de botones, interruptores de flotador , o relevadores de control de tiempo. os arrancadores magnéticos se f abr ican en muchos tamaños, como el 00, para 10 amperes, hasta el tamaño , de 1,3 0 ampere s. A cada tamaño se le ha asignado cier ta capacidad en altos de f uerza que se pueden aplicar cuando se utiliza el motor para serv icio normal arranque. Todas las capacidades corresponden con las normas de la Asociación Nacional de f abr icantes de Apara tos El éctr icos.
Los arrancadores de tres polos se construyen para aplicaciones con motores que operan en sistemas trifásicos, de alambres, de c-a. Los arrancadores de dos polos se fabrican para el arranque de motores monofásicos. La designación polo , se refiere a los contactos de energía o contactos de carga por motor, y no incluye los de control para la conexión de ese circuito. El movimiento sencillo hacia arriba y hacia abajo, de u n interruptor magnético de polos operado para un solenoide, se muestra en la figura C- . Los relevadores de sobrecarga del motor no se incluyen en el diagrama. Se emplean con tactos de doble ruptura para dividir el voltaje por la mitad en cad a contacto, proporcionando alta capacidad de ruptura del arco y mayor duración del contacto. PROTE CCIÓN CONTRA S OBRE CARGAS
La protección contra sobrecargas en un motor eléctrico, es necesaria para evitar que se queme y para asegurar una duración máxima de operación. Los motores eléctricos, si se l pern-úte, funcionarán con una salida mayor de su capacidad nominal. Se
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puede or iginar una sobrecarga en el motor , al sobrecargarse la maquinar ia impulsada por un volta je ba jo en la línea, o a causa de una línea abier ta en un sistema polif ásico, lo que da por resultado una operación monof ásica. B a jo cualquier condición de sobrecarga , un motor toma una corr iente excesiva que causa el sobrecalentamiento. omo el aislante del devanado del motor se deter iora cuando se somete a sobrecalentamiento, existen límites establecidos para las temperaturas de o peración del motor . Para proteger un motor contra sobrecalentamientos, se emplean releva dores de sobrecarga en un arrancador para limitar a cier to valor predeterminado la cantidad de corr iente que toma. Ésta es la protección contra sobrecarga o de marcha . os relevadores de sobrecarga de un arrancador f uncionan para impedir que un motor tome una corr iente excesiva que puede destruir su aislante. os elementos térmicos o magnéticos, sensibles a la corr iente, de los relevadores de sobrecarga, se conectan y a sea directamente en las líneas del motor , o indirectamente en ellas, a través de transf ormadores de corr iente. os relevadores de sobrecarga actúan para desconec tar el arrancador y parar el motor cuando se toma una corr iente excesiva.
Unidades térmicas de aleación fusible. El con junto de aleación f usible del elemento térmico y el depósito del metal, se mues tran en la figura -3. a corr iente excesiva de sobrecarga del motor pasa por el elemento térmico, f undiendo , por tanto, el depósito de aleación autén tica. Entonces , se permite que la rueda del tr inquete gire en el metal f undido, dando por resultado una acción de disparo del circuito de control del arrancador , parándose el motor . Se requiere un per iodo de enf ri amiento para permitir que el depósito de me tal se "congele" antes de que el con junto del relevador de sobrecarga pueda restablecerse y reanudar el serv icio del motor . as unidades térmicas de aleación f usible son intercambiables y se construyen en una pieza. Este tipo de construcción del elemento térmico y el depósito de soldadura aseguran una relación constante entre estos componentes impor tantes y permite la calibración en la f ábr ica, haciéndolos, vir tualmente, a prueba de interconex ión en el campo. Estas caracter ísticas impor tantes no se obtiene n con ningún otro tipo de construcción de relevador de sobrecarga . Existe amplia var iedad de estas unidades térmicas intercambiables para proporc ionar la protección exacta contra sobrecarga , de cualquier valor a plena carga de un motor .
Relevadores bimetáticos de sobrecarga. Estas unidades se diseñan específicamente para dos tipos generales de aplicación. Pr imero, la carac ter ística de restablecimiento automático es decidida venta ja cuando los dispositivos se montan en localidades que no son f ácilmente acce sibles para su operación manual. Segundo , estos relevadores se pueden a justar f ácilmente para dispararse dentro de una amplitud de a 115 por ciento del valor nominal de disparo de la unidad térmica. Esta caracter ística es útil cuando el tamaño recomenda do del elemento puede dar por resultado una acción de disparo innecesar ia, mientras el siguiente tamaño mayor no proporcionar ía la protección adecuada. as temperaturas del ambiente af ectan la operación de los relevadores de sobrecarga que f uncionan ba jo e l pr incipio del calor . a acción de disparo del circuito de control en este tipo de relevador utiliza la dif erencia de expansión de dos metales distintos que se encuentran soldados. uando se someten al calor , se produce un movimiento al extenderse un meta l más que el otro. a calibración de estas unidades se consigue con el uso de una tira bimetálica en
f orma de "U" (figura -4). Esta tira, con el elemento térmico inser tado en el centro de la "U", compensa el calentamiento desigual debido a var iaciones en el monta je del elemento térmico. os arrancadores para motor deben tener elementos térmicos, instalados en los relevadores de sobrecarga, antes que el motor pueda arrancar (con tira bimetálica o depósito de soldadura), porque se hallan conectados en ser ie con carga.
Relevadores magnéticos de sobrecarga. El relevador magnético de sobrecarga (figura -5),contiene una bobina con alambre de tamaño suficientemente grande para permitir el paso de la lente del motor , porque el relevador se conecta directamente en ser ie con éste, o indirectamente (en circuitos de motores grandes) con la ayuda de transf ormadores de corr iente. os relevadores magnéticos de sobrecarga se emplean cuando se desea abr ir o cerrar un contacto. eléctr ico, siempre que la corr iente que contro lan se eleve a cier to nivel. En algunos casos, el relevador se puede usar para un propósito similar , operando cuando la corr iente ba je a un valor determinado. as aplicaciones típicas son: para la protección de los devanados de un motor grande, contra sobr ecorr iente continua, para parar un transpor tador de mater iales, cuando el de más adelante se sobrecargue , y como limitador de torque, cuando éste se refle ja por la corr iente del motor .
Límite de tiempo del tipo de sobrecarga. os relevadores de sobrecarga , retardadores de tiempo, son del tipo de amor tiguador . a corr iente del motor , que pasa a través de la bobina, e jerce f uerza magnética sobre un macho, que tiende a elevar lo. Unido a éste se halla un pistón (sumerg ido en aceite), en el que hay agu jeros de desviación. Al aumentar la corr iente en la bobina del relevador , se vence la f uerza de la gravedad y el macho y el pistón se mueven hacia arr iba. uando sucede esto, se impulsa el aceite a través de los agu jeros de desviación, retar- dando la acción y operación de los contactos. Se puede girar una válvula de disco para abr ir o cerrar los agu jeros de desviación de diversos tamaños del pistón. Esto cambia el grado de flu jo del aceite y proporc iona el a juste de la caracter ística de retardo de tiempo. El límite inverso de tiempo de la sobrecarga se obtiene porque el grado de movimiento hacia arr iba, del núcleo y el pistón, depende directamente de la magnitud de la sobrecarga . Mientras mayor es ésta, el movimiento es más rápido. a caracter ística de tiempo inverso de este tipo de relevador , impide que se dispare con la corr iente normal de arranque o por dañinas sobrecargas momentáneas. En estos casos, la corr iente de la línea recupera su valor normal antes de que la bobina de operación pueda levantar el núcleo y el pistón lo suficiente para accionar los contactos. Por otra par te, si la sobrecorr iente continúa por un per iodo prolongado , el núcleo se apar ta lo necesar io para accionar los contactos. Al aumentar la corr iente de la línea, se disminuye el tiempo de disparo del relevador . Una válvula en el pistón permite el restablecimiento, prácticamente instantáneo, del circuito, para la reanudación del serv icio. Entonces debe reducirse la corr iente a un valor muy ba jo antes que el relevador pueda restablecerse . Esta acción se logra automáticamente en aquellos casos en que el disparo del relevador desconec ta de la línea al motor .
El disparo rápido se obtiene mediante el empleo de un aceite amor tiguador de grado ligero, y el a juste de los agu jeros de escape del aceite.
Se pueden obtener relevadores magnéticos de sobrecarga , con contactos de restablecimiento automático o manual. El a juste de la corr iente de disparo se consigue modificando la posición del núcleo del macho respec to a la bobina d el relevador de sobrecarga .
Relevadores de corriente de disparo instantáneo. os relevadores de corr iente de disparo instantáneo se emplean cuando sé desea desconec tar de la línea al motor , tan pronto como se alcance un valor de carga predeterminado . Una de esas aplicaciones ser ía con una máquina para traba jar madera en que el "atascamiento" del mater ial causa una elevación repen tina de corr iente. Entonces se usar ía un relevador de disparo instantáneo, para desconec tar rápidamente la alimentación del motor . Después de eliminar la causa del atascamiento el motor se puede restablecer inmediatamente, porque el relevador reanuda su operación al instante, después que desaparece la sobrecarga . Este relevador también se emplea en transpor tadores , para detener el m otor antes que ocurra un desper f ecto mecánico debido a un atascamiento.
El control de tres alambres ( que se trata en la unidad F, " ircuitos de control básicos y típicos"), se debe usar con este relevador de sobrecorr iente, ya que deben tomarse medidas, como por medio de un botón de "arrancar ", para poner en cor to circuito el contacto de control del relevador durante el per iodo de aceleración del motor . El relevador de corr iente de disparo instantáneo no debe usarse en la aplicación ordinar ia de un releva dor de sobrecarga , porque no tiene carac ter ísticas de inversión de tiempo. Debe considerarse como un relevador para propósito especial. El mecanismo de operación del relevador de disparo, que se muestra en la figura, consiste en una bobina de solenoide (a través de la que fluye la corr iente del motor) y un núcleo movible de hierro montado dentro de la bobina. Sobre el bastidor del solenoide se encuentra un interruptor de acción rápida. a corr iente del motor e jerce sobre el núcleo de hierro una f uerza magn ética hacia arr iba, pero normalmente no es suficiente para levantar lo. Sin embargo , una sobrecorr iente hace que se eleve el núcleo que, a su vez, acciona al interruptor de precisión de acción rápida. Este interruptor tiene conexiones para un contacto norma l - mente abier to o normalmente cerrado . El valor de disparo del relevador es a justable a una amplia var iedad de grados de corr iente moviendo, simplemente, el núcleo del macho hacia arr iba y hacia aba jo en el vástago roscado , Enviando, por tanto, la posici ón de aquél en el solenoide. Ba jando el núcleo se debilita el a jo magnético, y se requiere corr iente más alta para levantar el núcleo y disparar el relevador .
Número de relevadores de sobrecarga necesarios para proteger un motor . Debe mantenerse un volta j e equilibrado de alimentación para todas las instalaciones de carga polif ásica. relevador de sobrecarga de dos bobinas protege sólo en el caso de un circuito monof ásico. Un
carga monof ásica en un circuito tr if ásico puede producir graves corr ientes desequ ilibradas en el motor . Un motor tr if ásico grande conectado en la misma línea de alimentación e uno pequeño, también tr if ásico, puede no quedar protegido si ocurre la f alla de una f ase. Una
alambre flo jo o roto en alguna par te del sistema de conduit, o en una línea de un motor , puede dar por resultado una operación monof ásica. Esto hará que el motor f uncione lentamente, con calentamiento excesivo. Algunas veces el motor no arrancará , sino que producirá un zumbido magnético, caracter ístico al energizar lo. Esto también es indicio de operación monof ásica de un motor tr if ásico. Un
as cargas monof ásicas desequilibradas en los tableros tr if ásicos deben evitarse cuidadosamente. Puede haber dificultades en los sistemas de distr ibución en que uno o más motores grandes pueden devolver energía a motores más pequeños ba jo condiciones de operación monof ásica. MOTOR
JAULA DE ARDILLA
E l campo giratorio.
El motor en jaula de ardilla consiste en un bastidor o estator fijo que reciben los devanados estacionar ios, y un miemb ro rotator io, llamado "rotor ". Éste se construye de laminaciones de acero montadas r ígidamente en la flecha del motor . El devanado del rotor del motor en jaula de ardilla consiste en muchas barras de cobre o aluminio montadas dentro de unas ranuras del rot or , con las barras conectadas en cada extremo mediante un anillo continuo. a estructura de las barras del rotor con los anillos de los extremos, seme ja una jaula de ardilla y esto da su nombre al motor . En un motor tr if ásico hay tres embobinados en el ba stidor del estator , en tanto que en 1os ( de dos f ases se emplean dos embobinados. Éstos se conectan a la f uente de energía. uando fluye una corr iente de 60 cielos en el devanado del estator (que nunca tiene menos de d( polos), se produce un campo magnéti co. Este campo gira alrededor del rotor a una velocidad de 3,600 revoluciones por minuto divididas entre el número de pares de polos del estator . Por tanto, en un sistema de 60 ciclos, un motor que posee un par de polos girará a 3,600 r .pre uno de cuatro p olos f uncionará a 1, 00 r .p.m. Este campo girator io induce corr iente en barras del rotor en cor to circuito; el valor de las corr ientes será mayor cuando el motor encuentre en reposo y disminuirá al aumentar la velocidad. Modificando la resistencia y reacta ncia del rotor , se pueden cambiar las caracter ísticas del motor , pero para cualquier diseño de rotor , estas carac ter ísticas son fijas. No hay conexiones externas al rotor . V elocidad del rotor sin carga.
as f uerzas magnéticas que actúan en las barras del rotor debidas a la corr iente inducida, hacen que aquél gire en la dirección de rotación del campo d estator . El motor acelera hasta alcanzar una velocidad correspond iente al deslizamiento necesar io para superar las pérdidas por las f ri cciones del aire y me cánicas. Esta velocidad se cono como "velocidad sin carga". El motor nunca puede alcanzar la velocidad sincrónica, porque esas condiciones no se inducir ía corr iente en el rotor y el motor no producir ía torque. V elocidad bajo carga.
uando el rotor disminuye su velocidad al encontrarse sometida una carga, la velocidad se a justa automáticamente hasta el punto en que las f uerzas e jerció por el campo magnético sobre el rotor son suficientes para vencer el torque requer ido por carga. a dif erencia entre la velo cidad del campo magnético y la del rotor , se conoce como "deslizamiento".
El deslizamiento necesar io para conducir la carga total depende de las carac ter ísticas motor . En general, mientras más alta es la corr iente que se toma, menor será el deslizamiento con que el motor puede transpor tar la carga total, y mayor será la eficiencia. Si la corr iente que se toma es más ba ja, será mayor el deslizamiento con que el motor puede mane jar la carga total, y menor será la eficiencia. aumento en el volta je de la l ínea disminuye el deslizamiento, en tanto una reducción aumenta; en cualquier caso, en el rotor se induce suficiente corr iente para conducir la cal Una disminución en el volta je de la línea tiene el ef ecto de aumentar el calentamiento motor . Al aumentar el volta je de la línea disminuye el calentamiento; en otras palabras motor puede mane jar una carga n3ayor ; el deslizamiento con la carga normal puede var iar de tres hasta veinte por ciento, para dif erentes tipos de motores. Un
Corrientes del rotor bloqueado. a corr iente del rotor bloqueado, y el torque resultar son los f actores que determinan si el motor puede conectarse a través de la línea o si necesar io reducir la corr iente para obtener el f uncionamiento deseado. as corr ientes del re bloqueado, para dif e re ntes tipos de motores, pueden var iar desde 2 112 a 10 veces el valor d, corr iente a plena carga, pero existen motores que toman corr ientes aún mayores .
Torque de control. El método más común de arranque para el motor polif ásico de inducción, en jaula de ardilla, es "a través de la línea", conectando la máquina directamente sistema de distr ibución de la planta a pleno volta je, usando un arrancador manual o magnética Desde el punto de vista del motor en sí, ésta es una prác tica per fe ctamente aceptable; realidad, éste es, probablemente, el método más deseable. El motor , propiamente dicho, rara vez es el punto en cuestión al considerar los métodos de arranque. a protección cor sobrecarga ha alcanzado un estado de refinamiento que proporcionará al motor , en todo momento, un arranque seguro. aaplicaci6n de volta je reducido en un intento de evitar que el motor se sobrecaliente durante la aceleración es, generalmente, una pérdida d e esf uerzo, que el tiempo de aceleración aumentará y los elementos de sobrecarga del tamaño corr iente cualquier f orma se dispararán. a necesidad de métodos de arranque, además del sistema a pleno volta je, se debe, pr incipalmente, a f actores a jenos al mot or propiamente dicho. Sin embargo, deberá notarse que una vez que se ha establecido la necesidad de otro método dif erente al de conexión directa a la ombinación de interruptor de desconexión y arrancador
Freno típico de 30 pulgadas Bastidor , estator y rot or de un motor de inducción del tipo en jaula de ardilla
