Técnicas de control de motores orientado al campo

En este artículo hablamos del control de motores usando microcontroladores en control orientado al campo. Se trata de un diseño efectivo en costes que utiliza controladores inteligentes para reducir los componentes del sistema e incrementar la eficiencia. El control orientado al campo o control vectorial de motores de inducción AC o síncronos es un método de control de variadores de frecuencia variable.

Determinando la causa de los fallos en los motores eléctricos

Se estima que el 92 % de los fallos de los motores eléctricos ocurren en el arranque. La mayoría de estos fallos ocurren debido a la baja resistencia. También son comunes los fallos por sobre-corriente.

Los motores eléctricos son una parte esencial de la vida diaria como muchos sistemas, aplicaciones, y servicios dependen de ellos. Los motores hoy en día tienen una larga vida en servicio y requieren un mínimo nivel de mantenimiento para estar seguros que trabajan eficientemente. En grandes edificios, los motores se mantienen sobre una base regular porque necesitan operar en continuo; un pequeño problema puede causar grandes pérdidas a la organización.

Temperatura del motor y consideraciones de sellado en ambientes extremos

Hay muchas influencias  externas para motores en varias aplicaciones que pueden ser consideradas cuando se especifica un motor. A veces además los motores tienen que trabajar en aplicaciones muy extremas que van desde ambientes explosivos a motores que necesitan funcionar bajo el agua. Hay varios factores a considerar cuando se elige un motor o un motorreductor – especialmente cuando es necesario funcionen en exteriores.

Los motores de corriente continua en aplicaciones críticas

Crouzer dispone de un catálogo de motores de corriente continua pensados para aplicaciones críticas de alto rendimiento en mercados como el médico, ferrocarril, aeroespacial e industrial. Son motores sin escobillas que pueden ser reconocidas por una sección de 57 mm² en su cara frontal y vienen en tres tamaños compactos ofreciendo potencias de salida de 66, 90 y 150 vatios.

Herramienta para dimensionar generadores

Presentamos una nueva herramienta destinada a dimensionar generadores eléctricos. La herramienta trabaja en los siguientes cálculos:

• Amperios cuando kVA es conocido.
• Convertir kVA a kW
• Convertir kW a HP
• KVA requeridos para funcionar los motores.

Análisis del arranque de los motores

El análisis del arranque de los motores generalmente se realiza para el motor más grande conectado a una centralita.

Para los resultados del peor caso, el análisis del arranque de motores generalmente se realiza considerando la fuente más débil.

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.

Métodos disponibles para el arranque de los motores (3ª PARTE)

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En los arrancadores AC de de devanado partido, el devanado del motor está en dos partes, y al menos seis terminales deben ser proporcionados al motor. El método es por tanto aplicable a aquellos motores que están diseñados para ser usados en dos voltajes, los devanados están en paralelo en el voltaje inferior y en serie en el voltaje superior. Por ejemplo, un motor de 230/460 V deben usarse en 230 V como un controlador de devanado partido. El controlador estaría dispuesto para conectar una sección del devanado a las líneas de alimentación tan pronto como se presiona el botón de arranque. Luego, después de un retraso de tiempo proporcionado por un relé temporizador, se conecta un segundo contactor a la otra sección del devanado del motor a la línea de alimentación, en paralelo con la primera sección. De esta forma, la corriente de arranque se reduce a aproximadamente la mitad de la que se requeriría si ambas secciones del devanado se conectan al mismo tiempo, como sería en un motor estándar de tres polos. El par de arranque cuando la primera sección del devanado se conecta será menor que la mitad del par que se obtendría si ambas secciones se conectan al mismo tiempo. Los contactores usados para los arrancadores de devanado parcial necesitan capacidad para manejar sólo el circuito que controla, así que pueden ser clasificados a la mitad de la capacidad que se requeriría para manejar todo el motor. Los relés de sobrecarga se proporcionan para cada sección del devanado.

Métodos disponibles para el arranque de los motores (2ª PARTE)

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La selección de arrancador AC es un compromiso entre requerimiento y costes. Los requerimientos primarios del arrancador, obviamente, son que el par de arranque del motor serán adecuados para arrancar la carga bajo el peor caso del voltaje de línea y condiciones de carga; también, que la corriente de línea no excederá los límites establecidos por la distribuidora o el hundimiento de voltaje. Una tabla útil es la que mostramos al inicio de esta entrada.

Métodos disponibles para el arranque de los motores (1ª PARTE)

Un contactor es un aparato, generalmente actuado mecánicamente, para establecer e interrumpir repetidamente un circuito de energía eléctrica. El rango de intensidades del os contactores suele ir desde 25 a 2500 A. La capacidad de apertura intermitente es 133 1/3 % su capacidad nominal. La bobina de operación shunt se diseña para resistir un 110 % del voltaje nominal continuamente y cerrar el contacto con éxito a un 80 % del voltaje nominal.

Técnicas de medición del par motor

La forma más sencilla de medir el par es utilizando dinamómetros, los cuales son de dos clases: absorción y transmisión. Los dinamómetros de absorción absorben la potencia total transmitida por la máquina que se está ensayando, mientras que los dinamómetros de transmisión absorben sólo esa parte representada por fricción en el dinamómetro en sí mismo. Puede hacerse de una amplia variedad de formas, las más típicas se describen en los siguientes párrafos.

Herramienta para cálculo sencillo de la eficiencia de un sistema de bombeo

La herramienta que presentamos tiene gran utilidad para conocer el buen funcionamiento de un sistema de bombeo. Con mediciones sencillas y a partir de las especificaciones de la bomba que facilitan los fabricantes podremos estimar cual es la eficiencia de la bomba.

Eficiencia de los motores bajo condiciones anormales

La ingeniería de detalle de los motores puede proporcionarnos importantes oportunidades de eficiencia energética. Uno de los aspectos a abordar en el análisis de los motores es la operación bajo condiciones de servicio inusuales, que puede resultar en pérdidas de eficiencia y consumo de energía adicional. Tanto los motores estándar como los eficientes energéticamente pueden tener su eficiencia y vida útil reducidas por un sistema eléctrico pobremente mantenido. La supervisión de voltaje es importante para mantener operación de alta eficiencia y corregir problemas potenciales antes de que ocurra algún fallo.

Relaciones entre la potencia y el par en los motores de inducción

Circuito equivalente del motor de inducción monofásico mostrando componentes de pérdidas del rotor en circuitos hacia adelante y hacia atrás

Relaciones del par

El par desarrollado por el motor puede ser deducido en términos de los parámetros del motor y deslizamiento usan la expresión:

Teoría y diseño óptimo con la tecnología de arrancadores suaves de motores de inducción

Una enorme cantidad de accionamientos de motores de inducción en todo el mundo se usan en modos de operación arranque-parada y modo frenado. Tienen que cumplir especificaciones de serie, incluyendo el cumplimiento de procesos tecnológicos altamente productivos y alta fiabilidad de los motores de inducción. Conocido es que el arranque de los motores de inducción origina algunos problemas: elevación de corriente, pulsación y oscilación del par instantáneo, bajo par estacionario, etc. Para superar la ocurrencia de transitorios severos ocurridos durante el denominado arranque duro se han hecho diferentes intentos para diseñar arrancadores suaves para los motores de inducción. El análisis debe descubrir la naturaleza de los transitorios, explicar las raíces físicas de las desventajas de los arrancadores duros y mostrar la forma del diseño óptimo. Hasta ahora la teoría de máquinas AC de dos fases equivalentes (a veces equivocadamente llamada teoría del eje d-q) es popular para el análisis IM. Esta teoría, sin embargo, no proporciona una solución analítica adecuada de transitorios, y en caso de los de fase de tiristor controlada falla completamente. Hace unos años una nueva teoría basada en los vectores de espiral se desarrollaron por S. Yamamura, y se ha consolidado como una herramienta más poderosa y exacta.

Guía de diseño con motores de inducción (7ª PARTE)

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Motores de inducción de fase dividida

Estos motores dividen una fase en corrientes de dos fases creando una condición de doble fase.

Así, por separación de fase se crea un campo rotatorio. En el motor de fase dividida, un devanado auxiliar en el estátor se usa para el arranque, ya sea con una resistencia conectada en serie con el devanado auxiliar, conocida como el arranque de resistencia, o un reactor en serie con el devanado principal, conocido como el reactor star.

Guía de diseño con motores de inducción (6ª PARTE

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Protección del fallo de tierra

Esta protección proporciona el aislamiento de motores en caso de fallos de tierra. Este elemento puede ser conectado en conexión residual o usando un CBCT. El relé de protección de motor ideal es proporcionado con un ajuste pick up de fallo de tierra de 2 % a 100 % y el ajuste de demora de 0,05 seg a 5 seg. Este filtro de armónicos se controlará para eludir cualquier mala operación debida a corrientes desequilibradas.

Guía de diseño con motores de inducción (5ª PARTE)

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PROTECCIONES ELÉCTRICAS

Las condiciones para la protección requerida en un motor puede ser dividida en dos amplias categorías:

1.       Condiciones externas impuestas.

2.       Fallos internos.

Las categorías anteriores incluyen voltajes de alimentación desequilibrados, subvoltajes, frecuencias bajas, sobrefrecuencias, condiciones single phasing y condiciones de fase inversa. La última categoría incluye fallos en rodamientos, fallos de Shunt interno, que son comúnmente fallos de tierra o sobrecargas.

Guía de diseño con motores de inducción (4ª PARTE)

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Amplitudes permitidas

Limitaciones de la amplitud de la vibración para eludir daños a la maquinaria

Estas deben ser especificadas por el fabricante y en ningún caso serán excedidas. Donde el fabricante no especifica límites, puede considerarse que las cimentaciones satisfaciendo los siguientes criterios de amplitud proporcionarán una base satisfactoria para la maquinaria.

Guía de diseño con motores de inducción (3ª PARTE)

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A menudo los motores se mantienen en almacenes durante algún tiempo o son transportados bajo condiciones muy húmedas y, en tales casos, la resistencia de aislamiento generalmente llega a ser baja y es peligroso para que el motor se conecte antes de que la condición se haya rectificado.

IEEE 43 pone énfasis especial en determinar las condiciones de aislamiento de tales máquinas antes de energizarlas e incluso antes de llevar a cabo un ensayo de alto voltaje. Esto puede ser determinado por el ensayo de aislamiento que indicamos más abajo.