CONTROL DE ARRANQUE DE UN MOTOR
Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de régimen permanente.
El conjunto que se pone en marcha es inercial y disipativo, incluyendo en este último concepto a las cargas útiles, pues consumen energía.
El estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores eléctricos y arrancadores a instalar están basados en el conocimiento de las particularidades de éste régimen transitorio.
Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la siguiente ecuación diferencial:
Tm - Tr = J . dw / dt
Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjunto.
Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor.
1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula
Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos).
En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal.
Por ejemplo, el código municipal fija los límites de corriente en el arranque indicados en la tabla siguiente:
Hasta 3 HP 4,0 . In
Más de 3 hasta 6 HP 3,5 . In
Más de 6 hasta 9 HP 3,1 . In
Más de 9 hasta 12 HP 2,8 . In
Más de 12 hasta 15 HP 2,5 . In
Más de 15 hasta 18 HP 2,3 . In
Más de 18 hasta 21 HP 2,1 . In
Más de 21 hasta 24 HP 1,9 . In
Más de 24 hasta 27 HP 1,7 . In
Más de 27 hasta 30 HP 1,5 . In
Más de 30 HP 1,4 . In
La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque.
Los circuitos con motores deben contar con interruptores que corten todas las fases o polos simultáneamente y con protecciones que corten automáticamente cuando la corriente adquiera valores peligrosos.
En los motores trifásicos debe colocarse una protección automática adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensión baje de un valor determinado.
2 - Arranque de motores sincrónicos
Una máquina sincrónica "pura" no tiene par de arranque. Por lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par de inducción para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad próxima al sincronismo en la que la corriente de excitación desarrolle un par de sincronización conveniente. En algunos casos, las corrientes parásitas en los polos proveen el par asincrónico suficiente para el arranque, pero en otros casos debe instalarse un bobinado especial.
Las formas de arranque son semejantes a las del motor asincrónico, aunque se suele coenectar una resistencia intercalada en el bobinado de excitación, para evitar sobretensiones en los terminales cuando hay movimeinto relativo entre el flujo del inducido y el bobinado del campo. Si el campo del motor es excitado por rectificadores, esta tensión inducida podría producir una componente de continua y un par pulsatorio, que podria causar transtornos en el arranque.
Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar resistencias externas.
3 - Arranque de motores de corriente continua
Con los medios de rectificación de que se dispone actualmente resulta fácil y práctico la utilización de motores de corriente continua, debido a la facilidad que tienen para arrancar y regular su velocidad.
En la práctica se utilízan diversos motores de corriente continua como:
-De excitación independiente.
-De excitación serie / universal.
-De excitación derivación (shunt).
-De excitación compuesta en conexión adicional (compound).
-De imanes permanentes.
-Especiales.
Dentro de los motores de excitación independiente, serie, derivación y compuesta, se distinguen los siguientes bobinados cuya denominación y e identificación señalamos:
AB - Inducido.
GH - Polos auxiliares y de compensación.
JK - Bobinado inductor independiente.
EF - Bobinado inductor serie.
CD - Bobinado inductor derivación.
CONTROL DE LA VARIACION DE VELOCIDAD EN MOTORES
En las aplicaciones industriales modificar la velocidad de un eje implica también disponer del torque
necesario para dicha acción. En una intención de clasificar las aplicaciones por el torque requerido a
diferentes velocidades de trabajo podríamos agruparlas mayoritariamente en 2 grupos:
· Cupla constante: Son aquellas aplicaciones que requieren cupla constante en todo el rango de
velocidades de operación
· Cupla cuadrática: Como las aplicaciones de bombas y ventiladores centrífugos .La cupla sigue
una ley cuadrática con la velocidad empezando desde 0 (aplicación detenida) hasta cupla
máxima a máxima velocidad
Un variador de velocidad es el dispositivo que nos permite controlar la velocidad y el torque suministrado
por un motor eléctrico a fin de adaptarlos a lo requerido para dicha aplicación.
Control Escalar
De una manera simple la cupla entregada en el eje de un motor eléctrico asincrónico trifásico de corriente
alterna es directamente proporcional a la tensión de alimentación e inversamente proporcional a la
frecuencia de alimentación, mientras que su velocidad es proporcional a la frecuencia de la tensión de alimentación
CUPLA = K * V / F donde:
K = Constante de proporcionalidad
V = Tensión de alimentación
F = Frecuencia de alimentación
Control Vectorial de Lazo Cerrado (Close Loop)
Existen diversas aplicaciones que requieren erogar el Torque nominal con el motor detenido, por ejemplo
aplicaciones en medios de transporte vertical como grúas y ascensores, también otros dispositivos
industriales como ser bobinadores, debobinadores, tractores de material, etc.
Dadas las alinealidades del motor asincrónico cuando gira a baja velocidad, la realización de los cálculos
vectoriales consiste en el uso de microprocesadores de mayor capacidad de cálculo y software más
complejo. En el estado de arte actual es aun más económico realizar la medición de la posición del rotor
en lugar de calcularla a través de algoritmos en el microprocesador.
Control Vectorial de Lazo Abierto (Open Loop)
Si imaginamos al motor eléctrico con un rotor compuesto por un imán asociado, montado solidario al eje
del rotor, de forma que al acercar otro imán (construido por el variador a través del bobinado de estator)
la repulsión entre ambos imanes genera el movimiento del eje comprenderemos inmediatamente que el
imán construido a través del estator deberá en todo momento tener la posición y la magnitud adecuadas
para asegurar la rotación correcta del motor en cualquier estado de carga.
CONTROL DE LA VARIACION DEL PAR EN MOTORES
El control de par de inercia del motor MSR evita que las ruedas motrices se bloqueen debido al efecto de frenado del motor sobre superficies deslizantes cuando el conductor retira bruscamente su pie del acelerador o reduce rápidamente una marcha. El efecto de frenado del motor podría provocar el patinaje de las ruedas motrices. Éstas pierden temporalmente la tracción y el vehículo se vuelve inestable. En tales situaciones, el control de par de inercia del motor mantiene la estabilidad direccional e incrementa la seguridad. La unidad de control del sistema de control de par de inercia del motor recibe toda la información necesaria desde los sensores de velocidad de las ruedas y la unidad de control del motor o de la unidad de control de la transmisión a través del bus de datos CAN. Si la unidad de control detecta que las ruedas motrices están patinando, el sistema de control de par de inercia del motor envía una señal a través del bus de datos CAN a la de control del motor, indicando la necesidad de incrementar el par motor hasta que las ruedas motrices vuelvan a girar a una velocidad adecuada a la velocidad del vehículo. Esto mantiene la direccionabilidad del vehículo y asegura la conservación de la estabilidad direccional. El control de par de inercia del motor funciona en toda la gama de velocidades.
Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de régimen permanente.
El conjunto que se pone en marcha es inercial y disipativo, incluyendo en este último concepto a las cargas útiles, pues consumen energía.
El estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores eléctricos y arrancadores a instalar están basados en el conocimiento de las particularidades de éste régimen transitorio.
Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la siguiente ecuación diferencial:
Tm - Tr = J . dw / dt
Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjunto.
Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor.
1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula
Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos).
En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal.
Por ejemplo, el código municipal fija los límites de corriente en el arranque indicados en la tabla siguiente:
Hasta 3 HP 4,0 . In
Más de 3 hasta 6 HP 3,5 . In
Más de 6 hasta 9 HP 3,1 . In
Más de 9 hasta 12 HP 2,8 . In
Más de 12 hasta 15 HP 2,5 . In
Más de 15 hasta 18 HP 2,3 . In
Más de 18 hasta 21 HP 2,1 . In
Más de 21 hasta 24 HP 1,9 . In
Más de 24 hasta 27 HP 1,7 . In
Más de 27 hasta 30 HP 1,5 . In
Más de 30 HP 1,4 . In
La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque.
Los circuitos con motores deben contar con interruptores que corten todas las fases o polos simultáneamente y con protecciones que corten automáticamente cuando la corriente adquiera valores peligrosos.
En los motores trifásicos debe colocarse una protección automática adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensión baje de un valor determinado.
2 - Arranque de motores sincrónicos
Una máquina sincrónica "pura" no tiene par de arranque. Por lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par de inducción para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad próxima al sincronismo en la que la corriente de excitación desarrolle un par de sincronización conveniente. En algunos casos, las corrientes parásitas en los polos proveen el par asincrónico suficiente para el arranque, pero en otros casos debe instalarse un bobinado especial.
Las formas de arranque son semejantes a las del motor asincrónico, aunque se suele coenectar una resistencia intercalada en el bobinado de excitación, para evitar sobretensiones en los terminales cuando hay movimeinto relativo entre el flujo del inducido y el bobinado del campo. Si el campo del motor es excitado por rectificadores, esta tensión inducida podría producir una componente de continua y un par pulsatorio, que podria causar transtornos en el arranque.
Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar resistencias externas.
3 - Arranque de motores de corriente continua
Con los medios de rectificación de que se dispone actualmente resulta fácil y práctico la utilización de motores de corriente continua, debido a la facilidad que tienen para arrancar y regular su velocidad.
En la práctica se utilízan diversos motores de corriente continua como:
-De excitación independiente.
-De excitación serie / universal.
-De excitación derivación (shunt).
-De excitación compuesta en conexión adicional (compound).
-De imanes permanentes.
-Especiales.
Dentro de los motores de excitación independiente, serie, derivación y compuesta, se distinguen los siguientes bobinados cuya denominación y e identificación señalamos:
AB - Inducido.
GH - Polos auxiliares y de compensación.
JK - Bobinado inductor independiente.
EF - Bobinado inductor serie.
CD - Bobinado inductor derivación.
CONTROL DE LA VARIACION DE VELOCIDAD EN MOTORES
En las aplicaciones industriales modificar la velocidad de un eje implica también disponer del torque
necesario para dicha acción. En una intención de clasificar las aplicaciones por el torque requerido a
diferentes velocidades de trabajo podríamos agruparlas mayoritariamente en 2 grupos:
· Cupla constante: Son aquellas aplicaciones que requieren cupla constante en todo el rango de
velocidades de operación
· Cupla cuadrática: Como las aplicaciones de bombas y ventiladores centrífugos .La cupla sigue
una ley cuadrática con la velocidad empezando desde 0 (aplicación detenida) hasta cupla
máxima a máxima velocidad
Un variador de velocidad es el dispositivo que nos permite controlar la velocidad y el torque suministrado
por un motor eléctrico a fin de adaptarlos a lo requerido para dicha aplicación.
Control Escalar
De una manera simple la cupla entregada en el eje de un motor eléctrico asincrónico trifásico de corriente
alterna es directamente proporcional a la tensión de alimentación e inversamente proporcional a la
frecuencia de alimentación, mientras que su velocidad es proporcional a la frecuencia de la tensión de alimentación
CUPLA = K * V / F donde:
K = Constante de proporcionalidad
V = Tensión de alimentación
F = Frecuencia de alimentación
Control Vectorial de Lazo Cerrado (Close Loop)
Existen diversas aplicaciones que requieren erogar el Torque nominal con el motor detenido, por ejemplo
aplicaciones en medios de transporte vertical como grúas y ascensores, también otros dispositivos
industriales como ser bobinadores, debobinadores, tractores de material, etc.
Dadas las alinealidades del motor asincrónico cuando gira a baja velocidad, la realización de los cálculos
vectoriales consiste en el uso de microprocesadores de mayor capacidad de cálculo y software más
complejo. En el estado de arte actual es aun más económico realizar la medición de la posición del rotor
en lugar de calcularla a través de algoritmos en el microprocesador.
Control Vectorial de Lazo Abierto (Open Loop)
Si imaginamos al motor eléctrico con un rotor compuesto por un imán asociado, montado solidario al eje
del rotor, de forma que al acercar otro imán (construido por el variador a través del bobinado de estator)
la repulsión entre ambos imanes genera el movimiento del eje comprenderemos inmediatamente que el
imán construido a través del estator deberá en todo momento tener la posición y la magnitud adecuadas
para asegurar la rotación correcta del motor en cualquier estado de carga.
CONTROL DE LA VARIACION DEL PAR EN MOTORES
El control de par de inercia del motor MSR evita que las ruedas motrices se bloqueen debido al efecto de frenado del motor sobre superficies deslizantes cuando el conductor retira bruscamente su pie del acelerador o reduce rápidamente una marcha. El efecto de frenado del motor podría provocar el patinaje de las ruedas motrices. Éstas pierden temporalmente la tracción y el vehículo se vuelve inestable. En tales situaciones, el control de par de inercia del motor mantiene la estabilidad direccional e incrementa la seguridad. La unidad de control del sistema de control de par de inercia del motor recibe toda la información necesaria desde los sensores de velocidad de las ruedas y la unidad de control del motor o de la unidad de control de la transmisión a través del bus de datos CAN. Si la unidad de control detecta que las ruedas motrices están patinando, el sistema de control de par de inercia del motor envía una señal a través del bus de datos CAN a la de control del motor, indicando la necesidad de incrementar el par motor hasta que las ruedas motrices vuelvan a girar a una velocidad adecuada a la velocidad del vehículo. Esto mantiene la direccionabilidad del vehículo y asegura la conservación de la estabilidad direccional. El control de par de inercia del motor funciona en toda la gama de velocidades.
No hay comentarios:
Publicar un comentario