Informe 6:

Operación y Protección de

Motores.

Nombre: Claudia Escalona Iturra

Profesor: David Lara

Fecha de Entrega: 26 de junio de 2012

Universidad de Concepción

Facultad de Ingeniería Agrícola

Departamento de Mecanización

I Introducción.

En la presente experiencia se trabajará con diversas formas de conexión para un motor de

inducción trifásico verificando en cada una su forma de implementación, operación y

eficiencia. Para ello, se montarán conexiones de partida directa (estrella y delta) y de

conmutación estrella-delta, uno con relé temporizador y otro con partidor suave. Se

utilizará para esto diversos mecanismos de protección de motores como contactores, relé

térmico, relé temporizador, interruptores y guardamotores, entre otros.

II Objetivos.

• Distinguir los distintos elementos de protecciones y comando utilizados en la

operación de motores trifásicos

• Conocer los parámetros de protección

• Implementar el esquema de protección eléctrica de un MI

• Implementar distintos tipos de partida para motores trifásicos

III Lista de Materiales.

• Motor Trifásico

• Guarda Motor

• Contactores

• Interruptores

• Relé Térmico

• Relé Temporizador

• Partidor Suave

• Botoneras

• Cables de conexión caimán

• Cables de conexión banana-banana

• Panel de Control

• Multitester (DM -311)

• Amperímetro de Pinza

IV Marco Teórico.

Los motores eléctricos de inducción en corriente alterna, son los dispositivos más usados

cotidianamente para la ejecución de trabajos mecánicos. Los encontramos en todo tipo de

aplicación: ventilación, refrigeración, aire acondicionado, bombeo, molinos, medios

transportadores, entre otros.

Las principales causas por las que estos dispositivos sufren daños irreparables, se deben a

las alteraciones del suministro eléctrico, exceso de trabajo mecánico asociado y problemas

en la instalación eléctrica que alimenta al motor. En un segundo plano se encuentran los

problemas asociados al deterioro de las partes que componen el motor.

Tanto los motores monofásicos como los trifásicos son susceptibles a desperfectos debido a

las causas antes mencionadas.

Para cumplir con la protección planteada, toda salida a motor debe cumplir con cuatro

funciones básicas:

- Seccionamiento: separación del motor de la red de distribución eléctrica que lo alimenta.

- Conmutación o Comando: Establecimiento y corte de la corriente que tome la carga.

- Protección contra cortocircuitos: protección del motor contra los daños causados por altas

corrientes.

- Protección contra sobrecargas: protección del motor contra los efectos de las corrientes de

sobrecarga.

V Actividades.

1. Identificar los distintos dispositivos de protección y comando (guarda motor,

contactores, interruptores, relé térmico, relé temporizador, partidor suave,

botoneras), atendiendo a sus características de funcionamiento y función específica.

Diagrama 1. Panel de Control y Motor.

Datos de Motor:

• Voltaje: 380 V

• Corriente: 6,35 A

• Frecuencia: 50 Hz

• N : 2900 rpm

• Potencia : 4 Hp

Guiándonos por el Diagrama 1, tenemos que:

� Contactores: corresponden a la serie de cajas (tres), que lucen la inscripción SN12

y que en el tablero se denominan KM1. Su función consiste en básicamente en abrir

o cerrar el paso de corriente cuando la bobina interna que posee recibe la señal

eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo los contactos que

normalmente están distanciados entre sí, lo cual los obliga a hacer contacto con su

platino fijo. Funciona bajo la ley de “todo o nada”.

� Interruptores: Su misión es la de proteger a la instalación y al motor, abriendo el

circuito en caso de cortocircuito (en cualquier punto de la instalación) o en

sobrecarga (cuando la intensidad consumida en un instante, supera la intensidad a la

que está calibrada el magnetotérmico interno).

� Relé Térmico: en el diagrama del panel, este mecanismo de protección de motores

viene situado por debajo de la línea de contactores y se suele denominar como KT.

Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el

motor, supera durante un tiempo corto a la permitida por este, evitando que el

bobinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres láminas bimetálicas con

sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una

determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé.

Esta intensidad deberá venir indicada en la placa de características del motor que

para el caso particular es 6,35 A.

� Relé Temporizador: corresponde a la caja que se encuentra al costado derecho de

los contactores denominado como RT y que se acciona por medio de una corriente

alterna. Su misión – como el nombre lo dice – es temporizar, entendiéndolo como el

retardo calculado de una acción dentro de un parámetro prefijado de tiempo (control

de tiempo), ésta se puede dar en la apertura o cierre de uno o más contactos.

� Partidor Suave: es un mecanismo que se usan normalmente para arrancar y detener

motores de forma gradual lo que contribuye a economizar los costos en los procesos

mediante la reducción de esfuerzos mecánicos y eléctricos en los equipos.

Posee reguladores para el tiempo de aceleración, desaceleración y el porcentaje de

voltaje de alimentación. Su principio de funcionamiento se basa en el control del

ángulo de desfase. Regulando la característica de aceleración y desaceleración se

reduce la carga en el motor y se previenen sacudidas en la maquinaria accionada.

� Botoneras: también suelen ser llamado pulsadores. Son elementos de accionamiento

que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a

través de ellos.

� Guardamotor: es un elemento de protección de motores cuyas funciones son la

protección contra sobrecargas, protección contra cortocircuitos, permitir maniobras

normales manuales de cierre y apertura, señalización. La multifuncionalidad del

guardamotor radica en que es el reemplazo equivalente de los contactores, relé

térmico y relé temporizador, disminuyendo el espacio ocupado y aumentando la

eficiencia por maniobra integrada al reducir las conexiones.

2. Implementar un esquema de partida directa.

Diagrama 2. Esquema de fuerza (izquierda) y de control (derecha) para partida directa.

Diagrama 3. Conexiones para partida directa en estrella.

Diagrama 4. Conexiones para partida directa en delta.

3. Realizar partidas en conexión Y y ∆. Comparar la corriente de partida máxima para

conexiones ambas conexiones.

Tipo de conexión Intensidad de Corriente

máxima[A]:

Intensidad de Corriente de

trabajo[A]:

Y

6,2 0,8

8,3 0,8

9,4 0,8

10,8 0,8

12,3 0,8

Prom = 9,4 0,8

∆

25,5 2,6

26,1 2,6

26,3 2,6

27,0 2,6

27,3 2,6

Prom = 26,4 2,6

Escala de los Instrumentos:

• Amperímetro de Pinza : 30 A

Las conexiones realizadas corresponden para el tipo de circuito denominado de potencia o

fuerza y que proporciona al motor la corriente de la fuente de forma directa, ofreciendo una

buena protección a cortocircuito y/o sobrecarga mediante elementos de protección.

Al comparar los datos, es posible apreciar que la intensidad de corriente máxima y de

trabajo es menor en la conexión estrella, lo que implica un menor consumo de energía, pues

al terminar el régimen transitorio del motor (desde velocidad cero hasta velocidad nominal

o de régimen permanente) en ambas conexiones la torsión del motor será la misma sólo que

la potencia requerida para ello será distinta.

Además, la conexión estrella tiene un arranque de 2 veces la corriente nominal, mientras

que la conexión delta llega hasta 5. Sin embargo, el trabajo realizado por la conexión delta

es mejor, lo que implica que un circuito que mezcle ambas conexiones es mejor que cada

una por sí sola.

4. Implementar un esquema de partida para Y - ∆ para el motor utilizando contactores.

Comparar los valores de corriente máxima y para distintos tiempos de transición (relé

temporizador) entre una partida directa y partida Y - ∆.

Diagrama 5. Esquema de fuerza para conexión estrella-delta

Diagrama 6. Esquema de control para conexión estrella-delta

Diagrama 5. Conexiones Y-D en panel de control.

Escala de los Instrumentos:

• Amperímetro de Pinza : 30 A

Tiempo de Transición

[segundos]

Corriente Máxima

[A]

0,002 07,7

0,008 11,4

0,016 07,5

0,024 10,9

0,032 07,2

0,040 07,8

El arranque se produce en estrella y cuando alcanza alrededor de 80% de la velocidad

nominal conmuta a conexión delta. El tiempo de transición se regula en el relé térmico.

Se observa que los valores para la corriente máxima si bien varían de acuerdo al tiempo de

transición, son intermedios respectos a la partida directa en un rango acotado. Esto se

traduce en menores costos de gasto en cuanto a consumo de energía en el arranque y en la

protección, ya que el consumo excesivo de corriente en la carga directa implica devanados

más robustos y protección de mayor rango.

Además, el ruido del motor es más suave que en las dos conexiones anteriores, lo que nos

indica que hay un mejor trabajo realizado por el motor.

5. Conectar el partidor suave y realizar nuevamente la partida de motor, comparar la

corriente máxima y el tiempo de partida para distintos valores de tiempo de subida y de

magnitud de voltaje.

Diagrama 5. Conexiones Y-D con Partidor Suave.

Escala de los Instrumentos:

• Amperímetro de Pinza : 30 A

Tiempo de Subida

[segundos]

Voltaje Nominal

[%]

Corriente Máxima

[A]

10 40 27,4

15 40 24,8

20 40 22,5

10 70 27,0

15 70 26,8

20 70 27,6

Se ajusta la velocidad de subida y el porcentaje de voltaje de entrada en el alimentador

suave a través de unas perillas. El partidor suave funciona como un variador de frecuencias

al controlar principalmente le ángulo de desfase de las ondas que circulan por él. Esta

operación contribuye a economizar los costos en los procesos mediante la reducción de

esfuerzos mecánicos y eléctricos en los equipos, ya que la aceleración y desaceleración

controlada reduce la carga en el motor y se previenen sacudidas. El suministro gradual de

corriente al motor también elimina los disparos indeseados de las protecciones, corrientes

erráticas de alimentación y sobrecalentamientos.

Al utilizar el partidor suave es posible apreciar que el sonido del motor es también suave y

de aumento de velocidad gradual, mejor que en cualquiera de las otras conexiones del

motor.

Gráfico 1. Corriente Máxima y Tiempo de Subida para el 40% del Voltaje Nominal.

Gráfico 2. Corriente Máxima y Tiempo de Subida para el 70% del Voltaje Nominal.

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

Co

rrie

nte

Má

xim

a [

A]

Tiempo [s]

Corriente Máxima v/s Tiempo Subida

26,4

26,6

26,8

27

27,2

27,4

27,6

27,8

10 15 20

Co

rrie

nre

Má

xim

a [

A]

Tiempo de Subida [s]

Corriente Máxima v/s Tiempo de

Subida

Diagrama 6: Gráficos comparativo para distintos arranques.

Las curvas típicas indicadas en los diagramas representan el aumento de corriente y el

torque motor resultante desde la fuente de tensión controlada del partidor suave. Estas

curvas están en marcado contraste con las resultantes de la partida directa a plena tensión,

estrella-triángulo y partida por auto-transformador.

VI Conclusión.

Los motores trifásicos poseen elementos externos de protección para un mejor

funcionamiento. Entre ellos encontramos a botoneras, guardamotor, interruptores, relé

térmico, relé temporizador, partidor suave y contactores.

Existen varios métodos de conexión para el arranque de motor que básicamente pretenden

hacer funcionar el motor con una baja intensidad de corriente para la partida y un trabajo

estable cuando se termina el régimen transitorio alcanzando la velocidad nominal.

Las primeras conexiones probadas fueron las de partida directa tanto en estrella como en

delta. La conexión estrella requirió de menos intensidad de corriente para trabajar y la

corriente de arranque superó 2 veces aproximadamente la corriente nominal, mientras que

el delta necesitó una alta intensidad de arranque a la vez que superó en casi 8 veces la

corriente nominal. Sin embargo, esta última disposición generó un mejor trabajo en el

motor una vez alcanzada la velocidad nominal del motor.

Luego, se probaron dos conexiones estrella-delta con distinta vías desde la fuente. La

conexión estrella-delta implica que en su primera fase arrancará el motor con baja

intensidad – algo propio de esta conexión - y que luego de alcanzada cierto porcentaje de

velocidad conmuta hacia conexión delta alcanzando un trabajo de mayor potencia y más

estable en el motor.

Primero se hizo una conexión estrella-delta que incluía fuente, interruptor, contactores, relé

térmico, relé temporizador y motor. Fue posible notar inmediatamente que este tipo de

conexión es altamente eficiente si se compara con la partida directa, ya que disminuye la

corriente de arranque, el sonido del rotor y la corriente de trabajo. En segundo lugar, se

realizó una conexión estrella-delta que incluía fuente, partidor suave y motor. Esta

conexión permitía manipular los tiempos de subida, bajada y el porcentaje de voltaje.

Resultó ser la mejor de la experiencia, pues no se percibía el intervalo entre el régimen

transitorio y la llegada a la velocidad nominal, presentaba un trabajo estable y una baja

intensidad de corriente de arranque debido a que el partidor manipula los ángulos de

desfase y trabaja como variador de frecuencia.