25 enero 2013

Métodos disponibles para el arranque de los motores (4ª PARTE)


Ver 3ª PARTE

Los arrancadores de corriente directa con aceleración limitadora de corriente se diseñan para la mitad de la operación de arranque cuando la corriente de arranque requerida excede un valor predeterminado ajustable, la operación de arranque se reanuda cuando la corriente cae bajo ese límite. Con aceleración del límite de corriente, el tiempo requerido para acelerar dependerá enteramente de la carga. Cuando la carga es ligera, el motor acelerará rápidamente, y cuando la carga es pesada, el motor requerirá un tiempo mayor para acelerar. Por este motivo un arrancador limitador de corriente no es satisfactorio como arrancador de límite de tiempo para accionar cargas variables. Los arrancadores de límite tiempo son más simples en construcción, aceleran un motor con picos de corriente más bajos, usan menos potencia durante la aceleración.


Arranque de motores síncronos

Métodos de arranque de motores síncronos

El método usado para arrancar un motor síncrono depende de dos factores: el par requerido para arrancar la carga y la máxima corriente de arranque permitida de la línea. Básicamente, el motor arranca usando un devanado amortiguador para desarrollar el par asíncrono, o usando un motor auxiliar para llevar el motor desequilibrado a la velocidad síncrona. Recientemente, los convertidores de frecuencia de estado sólido se han diseñado para acelerar a grandes generadores/motores en potencias de MVA para plantas de almacenamiento bombeado.

Los arrancadores de motor síncronos del tipo pleno voltaje conectan el motor directamente a las líneas de alimentación. El devanado de campo es cortocircuitado a través de una resistencia de descarga durante el periodo de arranque. El campo es conectado a las líneas DC cuando el motor está a una velocidad próxima al sincronismo. Los arrancadores de voltaje reducido se conectan al motor a un voltaje reducido para arrancar y transferir a pleno voltaje a una velocidad justo debajo del sincronismo. Esta transferencia puede ser controlada por un relé temporizador o un relé de frecuencia. El campo es energizado ya sea inmediatamente antes o inmediatamente después de cerrar un interruptor a pleno voltaje. La mayoría de los motores síncronos modernos obtienen su voltaje de campo de un excitador sin escobillas en el eje.

Dispositivos de control de la velocidad.

El control de velocidad de los motores eléctricos puede obtenerse por varios medios. El diseño de un controlador de regulación de velocidad viene determinado por el tipo de motor con el que se usa. La siguiente tabla lista varios tipos de motor en uso general y el tipo correspondiente de control de velocidad de cada uno.

Los motores de jaula de ardilla multivelocidad

Tipo de motor
Tipo de control de velocidad
Rango de control de velocidad
Caídas de velocidad: Sin carga a plena carga, velocidad base en %
Jaula de ardilla, AC
Cambio de polo multivelocidad por devanados múltiples o devanado simple reconectable
Hasta 4 velocidades iniciales
Hasta el 5 % (deslizante)

Motor de diseño D de NEMA  con control de voltaje primario de estado sólido.
5 a 1
20 %

Inversor de estado sólido V/Hz constante, control de frecuencia del estator del motor D de diseño NEMA
20 a 1 a par constante, más 3 a 1 a HP constante
3 %
Devanado-shunt, DC
Configuración M-G de control de frecuencia del estator o convertidor de frecuencia de estado sólido.
20 a 1 a par constante, más 3 a 1 a HP constante
Cero
Anillos deslizantes, AC
Resistencias secundarias conectadas a los anillos deslizantes
3 a 1
3%, velocidad plena; 50 %, velocidad mínima 3 %

Pumpback de potencia de los anillos deslizantes
20 a 1
3 %

Configuración M-G o convertidor de estado sólido


Devanado-shunt, DC
Voltaje de armadura ajustable
20 a 1 a par constante, más 3 a 1 a HP constante
Hasta el 5 %

Convertidor de estado sólido de voltaje de armadura ajustable o configuración M-G (Ward Leonard) más debilitamiento del campo

Devanado serie, DC
Resistencias serie
20 a 1
Hasta el 100 %

Chopper DC de estado sólido
20 a 1
Hasta el 3 %

Otros dispositivos de control de la velocidad, frecuencia o voltaje

Los variadores del motor de inducción AC de frecuencia variable consisten en un rectificador de estado sólido, un inversor de estado sólido, el motor, y los controles necesarios. El rectificador convierte la energía a la frecuencia de línea (50/60 Hz) en energía DC; el inversor convierte energía DC para el motor que es ajustable en frecuencia y voltaje. Los inversores se clasifican por su salida; incluyen voltaje de seis pasos, fuente de corriente, y voltaje modulado de anchura de pulso. El inversor de seis pasos hace que la corriente del motor se aproxime a una onda sinusoidal.

Estos variadores AC operan en dos modos con respecto a la velocidad base. Desde cerca de cero a la velocidad base, la frecuencia del inversor y el voltaje se elevan en proporción de forma que ambos alcanzan el valor nominal para el motor a la velocidad base. Éste se denomina modo de par constante debido a que el motor puede transmitir su para nominal en cualquier sitio en el rango de velocidades bajo la velocidad base. Desde la velocidad base a 200 % o más de la velocidad base, la frecuencia del inversor se eleva, pero el voltaje se mantiene constante al voltaje nominal del motor. La consecuencia es que el campo magnético en el hueco de aire del motor decrece y el motor es capaz de transmitir solamente ½ veces su par nominal. Sin embargo, el producto del par y velocidad es constante; la operación es denominada modo de potencia constante. La velocidad máxima depende de la capacidad mecánica del motor para funcionar  por encima de la velocidad base y la frecuencia de diseño máximo para el inversor.

Los motores síncronos AC son de velocidad controlada en aplicaciones especiales donde su auto-excitación simplifica el equipo de conversión de frecuencia y donde dos o más motores deben operar en sincronismo con la alimentación. La energía de frecuencia ajustable y voltaje ajustable se suministran desde un motor-alternador, o desde un convertidor de frecuencia de estado sólido. El convertidor es un inversor forzado – conmutado o un inversor de carga conmutada, que depende de la auto-excitación del motor para conmutar los tiristores. El convertidor de estado sólido es de tipo ciclo convertidor para acelerar hasta un 30 % de la velocidad nominal. Para un rango de velocidad amplio, el convertidor de frecuencia es un inversor conmutado forzado o un inversor de carga conmutada, que depende de la auto-excitación del motor para acomodar los tiristores.

Los motores síncronos con campos permanentes calificados alrededor de 30 hp se usan en aplicaciones textiles, donde múltiples motores son operados en sincronía desde una fuente de alimentación común. Los motores síncronos en el rango de 750 a 5000 hp y más grandes se usan para impulsar grandes ventiladores, ventiladores de calderas en plantas de energía, grandes bombas y otras aplicaciones.

Bibliografía:
  • Motor Starting. Standard Handbook for Electrical engineers.

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