Guía de diseño con motores de inducción (2ª PARTE)

                             Ilustración 1. Diagrama de flujo de potencia de motor de inducción

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Diagrama de flujo de potencia de un motor de inducción

Potencia eléctrica de entrada del estátor = A

Pérdidas del estátor = B

Pérdidas del rotor = C

Salida mecánica = P

A – (B + C) = P

Aproximadamente B = 0,03 A, C = 0,04 A

A – 0,07 A = P

0,93 A = P

De aquí la eficiencia = (P/A) x 100 = 93 %

¿Por qué los motores LT (bajo par) están conectados en triángulo y los motores HT (alto par) están conectados en estrella?

Motivos técnico comerciales

1. En estrella, la corriente de fase es la misma que la corriente de línea. Pero el voltaje de fase es 1/1,732. Así el aislamiento requerido en caso de motores HT es menor.

2. La corriente de arranque en motores es 6 a 7 veces la corriente de carga nominal. Así la potencia de arranque será grande si los motores HT están conectados en triángulo. Esto puede causar inestabilidad (caída de voltaje) en los sistemas de baja potencia. La corriente de arranque de los motores en estrella será menor comparada al motor conectado en triángulo. Así la potencia de arranque se reduce. El par de arranque será también reducido. (No será un problema cuando los motores son de alta capacidad).

3. Asimismo la corriente requiere menos cobre y el devanado será menor.

4. Los motores LT se conectan en triángulo. El aislamiento no será un problema ya que el nivel de voltaje es menor. La corriente de arranque no será un problema ya que la potencia de arranque será menor. Tampoco habrá problemas de caída de voltaje. El par de arranque será grande, ya que los motores son de menor capacidad.

Los motores LT tienen el devanado conectado en triángulo.

1.  En caso de tener un arranque estrella triángulo que arranca como estrella conectado al motor.

2.  Después de alcanzar el 80 % de la velocidad de sincronización el cambio tiene lugar desde la estrella al triángulo de la configuración original.

3. En estrella los voltajes a través de los devanados son menores que 1/1,732 veces que los disponibles en delta así que la corriente es limitada.

4.  Cuando va al triángulo de nuevo el voltaje es voltaje de línea así que la corriente se incrementa e incluso aunque sea menor que la corriente de línea quedará más alta que la corriente extraída en una conexión estrella a voltaje reducido.

Para propósitos de estandarización, los voltajes nominales preferidos del motor de inducción trifásico estarán en conformidad con IS 12360: 1988.

Los voltajes para las tres fases, motores de 50 Hz son: 415 V, 3,3 kV, 6,6 kV y 11 kV.

Los voltajes de los motores vienen definidos por NEMA MG 1, Motors and Generators (Ref. 1), and ANSI C50.41, Polyphase Induction Motors for Power Generating Stations (Ref.2). De acuerdo a ANSI C50.41, Section 6.3, los voltajes preferidos son los siguientes:

460V; 2300V; 6600V

575V; 4000V; 13,200V

Nótese que estos voltajes no corresponden exactamente a los voltajes nominales de la norma ANSI C84.1 (Ref. 16): 480, 600, 2400, 4160, 6900 y  13,800V. Al

Nótese que estos valores no corresponden exactamente con los voltajes del sistema nominal de la norma ANSI C84.1 (Ref. 16): 480, 600, 2400, 4160, 6900 y 13800V. En vez de esto, cada uno de estos voltajes es aproximadamente un 4 % inferior al voltaje del sistema nominal. El motivo es proporcionar alguna tolerancia a la caída de voltaje. Para la coordinación de voltajes y salida de motores de inducción trifásicos se recomienda que la salida nominal mínima sería mayor que los límites dados abajo en términos de voltaje.                                                                                                                   

Nótese que estos valores no corresponden exactamente a los voltajes de la norma ANSI C84.1 (Ref. 16) de 480, 600, 2400, 4160, 6900 y 13800 V. En vez de eso, cada uno de estos valores es aproximadamente un 4 % más bajo que el voltaje del sistema nominal. El motivo es proporcionar alguna tolerancia para la caída de voltaje.

Para la coordinación de los voltajes y salida de los motores de inducción trifásicos se recomienda que la salida nominal mínima sea mayor que los límites dados abajo en términos de voltaje.

·         2 < voltaje <  3,3 hasta 100 kW.

·         3,3 < voltaje < 6,6 hasta 200 kW.

·         6,6 < voltaje < 11 hasta 100 kW.

La siguiente cuestión que nos planteamos es cómo encontrar el requerimiento del par de carga.

Si el motor eléctrico está impulsando una bomba/compresor entonces las características del par de carga de la bomba/compresor están preparadas para dar sus características de par de carga para unos kW requeridos a un nivel de voltaje particular.

Al analizar las dos características encontramos que no se acoplan entre sí por lo que seleccionaríamos otro nivel de voltaje que se acople a las características del par.

Para ello debemos hacer un estudio detallado de:

1. Factibilidad de la fabricación con respecto al coste del motor. Para máquinas de HT y pocos kW el coste del aislamiento será mayor. Los transformadores con grandes motores conectados necesitan una evaluación especial. La caída de voltaje en el sistema durante el arranque debe ser calculada equilibrando la impedancia del transformador e irrupción en el motor para acoplar mejor la caída de voltaje y las necesidades de cortocircuito del sistema.

2. Requerimiento del par de carga. El motor HT tiene un par de arranque alto debido a su mayor voltaje. Así que el requerimiento del par de carga o aplicación tiene que ser estudiado.

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