Motores Eléctricos: Tipos de Conexión, Arranque y Control

Tipos de Conexiones en Motores Trifásicos

Conexión en Estrella

En la conexión en estrella, se unen entre sí los finales de cada una de las tres bobinas, mientras que los principios se conectan a los conductores de la línea de distribución. La relación entre tensiones es V_l=V_f*√3. La intensidad de línea es igual a la intensidad de fase.

Conexión en Triángulo

En la conexión en triángulo, se une el final de una bobina con el principio de la siguiente, y así sucesivamente. La tensión entre fases es igual a la tensión en la fase. La relación entre intensidades es I_l=I_f*√3.

Conexión Estandarizada Y-Δ

Los motores trifásicos con conexión estandarizada Y-Δ permiten conectarse a dos tensiones diferentes de red. La tensión mayor corresponde a la conexión en estrella y la tensión menor a la conexión en triángulo. V_mayor=V_menor*√3.

La tensión más pequeña que se indica en la placa de características de un motor es la tensión máxima que puede soportar una fase.

Características de Funcionamiento de los Motores

Intensidad de Trabajo

Corresponde al valor aproximado de la corriente consumida por el motor cuando este entrega el valor de la potencia nominal, con la tensión y la frecuencia especificada en la placa.

Potencia

La potencia señalada en la placa de características de un motor corresponde a la potencia útil dada por el eje. La potencia útil dada por el eje se calcula como: P(W) = √3 * U * I * cos(φ) * η (rendimiento), donde P_a (potencia absorbida) = √3 * U * I * cos(φ).

Velocidad

Los motores de CA pueden construirse para determinadas velocidades que dependen del número de polos del bobinado del motor y la frecuencia de la red. Los motores giran a la velocidad de sincronismo: n_s (R.P.M.) = 60 * f (Hz) / p (pares de polos).

Velocidad Asíncrona (n)

La velocidad de un motor de CA viene dada por la siguiente fórmula: n = ((60 * f) / p) * (1 - S).

Deslizamiento (S)

Es la diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad medida en el eje del motor: S = (n_s - n) / n_s.

Factor de Potencia (cos(φ))

Es la relación entre la potencia activa (P) y la potencia aparente (S): cos(φ) = P / S. Este valor está señalado en la placa de características del motor y se mide cuando tiene la carga plena. El factor de potencia disminuye al disminuir la carga, siendo mínimo cuando marcha en vacío.

Aislamiento y Clases de Servicio

Aislamiento

El aumento de temperatura admisible en un motor viene definido por las temperaturas tolerables por los diferentes órganos de la máquina. Se mide comparando la temperatura del motor en frío y el estado de equilibrio alcanzado después de 2 a 5 horas de funcionamiento a plena carga.

Clases de Aislamiento

Se indica en la placa por medio de letras, junto con la temperatura máxima permitida para el aislamiento. Las clases y sus temperaturas son: Y (90°C), A (105°C), E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C) y C (más de 180°C).

Clases de Servicio

• S₁: Funcionamiento continuo con carga constante.
• S₂: Funcionamiento intermitente con tiempo suficiente para enfriarse.
• S₃: Sucesión de ciclos iguales, con tiempo de carga constante seguido de tiempo de pausa. No incide apreciablemente en el calentamiento.
• S₄: Sucesión de ciclos iguales, con tiempo de pausa. La forma de servicio sí incide sobre la temperatura sin alcanzar el equilibrio térmico.
• S₅: Sucesión permanente de ciclos que incluyen tiempo de arranque, marcha a potencia nominal y tiempo de parada con frenado eléctrico. No alcanza el equilibrio térmico.
• S₆: La maquinaria permanece en marcha un tiempo determinado, con periodos de carga constante y marcha en vacío. No hay pausa.
• S₇: Sucesión de ciclos iguales con tiempo de arranque, carga constante y frenado eléctrico. No hay pausa.
• S₈: Comprende tiempo con carga constante y su velocidad correspondiente, seguido de otra carga constante y otra velocidad en función de su polaridad.

Índice de Protección IP

Es un sistema de codificación para indicar los grados de protección proporcionados por la envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, la penetración de cuerpos sólidos extraños y la penetración de agua. El primer número indica la protección contra el acceso a partes peligrosas y la penetración de sólidos (de 0 a 6, mayor número implica menor tamaño del sólido que puede penetrar). El segundo número indica la protección contra la penetración de agua (de 0 a 8, mayor número implica mayor impermeabilidad).

Arranque y Control de Motores

Arranque

Al conectar las bobinas del estator de un motor trifásico, el campo giratorio corta los conductores del rotor, induciendo una f.e.m. elevada que produce una fuerte corriente. Estas corrientes interactúan con el campo magnético, generando un fuerte par de arranque.

Intensidad de Arranque

Es la intensidad máxima de corriente que alcanza el motor en el momento del arranque hasta que alcanza su velocidad nominal. Puede ser de 3 a 4 veces la intensidad nominal, dependiendo del número de polos y la potencia del motor.

Arranque Directo de un Motor

Permitido para motores con potencia inferior a 5,5 kW. El motor arranca directamente cuando a sus bornes se aplica la tensión de trabajo. En el arranque a plena carga, el bobinado absorbe una corriente muy superior, llegando hasta 8 veces la intensidad nominal. Esto incrementa la carga en las líneas y puede causar caídas de tensión. En instalaciones con muchos motores, se deben usar diferentes tipos de arranque para motores de media y gran potencia.

Arranque Estrella-Triángulo de un Motor

Si a un motor se le conecta primero en estrella, cada bobina queda sometida a una tensión inferior que si se conectara en triángulo. Esto reduce la intensidad de arranque a la tercera parte respecto al arranque directo en triángulo. El par también se reduce a la tercera parte, lo que conviene tener en cuenta si el motor arranca en vacío o con poca carga.

Circuitos para el Control de Motores

Circuitos para el Control de Motores de CA

• Arranque: Estrella/triángulo, devanados separados, por resistencias rotóricas, mediante arrancadores progresivos.
• Frenado: Por contracorriente, por inyección de corriente continua, por sistemas electromecánicos.
• Cambio de velocidad: Por cambio de pares de polos, devanados independientes, conexión Dahlander y por cambio de frecuencia (variadores de frecuencia).

Circuitos para el Control de Motores de CC

• Arranque: Por eliminación de resistencias y por eliminación de resistencias con inversión de sentido de giro.
• Cambio de velocidad: Regulación de velocidad reostática, mediante variador de velocidad y por rectificadores semicontrolados.