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ARRANACADORES AUTOMATICOS,

ACELERACIÓN,

INVERSI

ÓN DE GIRO Y FRENADO DE MOTORES

DE C.C.

2. ARRANCADORES AUTOMÁTICOS,

ACELERACIÓN,

INVERSIÓN DE GIRO Y FRENADO DE

MOTORES C.C.

2.1. Arrancadores para aceleración automática.

2.2. Aparatos de arranque de aceleración con

limitación de corriente.

2.3. Arranque con relés tipo FCEM.

2.4. Aparatos de arranque con aceleración de

tiempo fijo.

2.5. Arranque con relés de tiempo electrónico.

2.6. Inversión de giro.

2.1. Arrancadores para aceleración

automática.

Existen tres tipos generales de motor de c.c

•

Motor Shunt (o derivación o en paralelo)

Excitación Mediante un bobinado de campo conectado en Paralelo con

el inducido

•

Motor Serie (o en serie)

Excitación Mediante un bobinado de campo conectado en Serie con

el inducido

•

Motor Compound (o mixto)

Excitación Mediante acción combinada de dos bobinados de

campo conectado en Serie y otro en paralelo con el inducido

Su diferencia se encuentra en la forma en que

es excitada la máquina

Por la Ley de Ohm, la intensidad de la corriente de inducido I_a es directamente

proporcional a la diferencia entre la tensión aplicada al inducido V_A y la fuerza

contraelectromotriz (f.c.e.m) E_C, e inversamente proporcional a la resistencia del

circuito del inducido R_A, donde se determina I_a como:

I_a=( V_A - E_C)/ R_A

La f.c.e.m que es una tensión generada depende del ritmo a que se ve cortado el flujo , es decir el producto del flujo Ø por la velocidad S, con lo que se construye la ecuación fundamental:

I_a=( V_A - k ØS)/ R_A ; k = Constante de proporcionalidad

En el momento en que el motor arranca la f.c.e.m es E_C= 0, ya que el inducido no esta

girando donde implica la necesidad de intercalar alguna resistencia exterior en serie con la reducida resistencia del bobinado del inducido.

I

= V

/( R

+ R

)

E

α Ø ; E

α w

E

=k Ø w

t= 0

w

= 0

E

= 0

V

= E

+ IaΣ R

Para t=o

I

=( V

– 0)/ Σ R

Σ R

Internas propios de la maquina

I

= (10 - 20)I

;Para corriente continua

I

= (4 - 7)I

; para motor de inducción

•Iarr_dc es mayor que I_ac por que no se presenta reactancia en C.C, por lo tanto la impedancia es menor y la corriente aumenta.

•El talón de Aquiles en un motor DC es el paso de la corriente de una parte fija a una

parte móvil que es el rotor porque este se encuentra en movimiento, la I_arr es muy

excesiva, la cual produce problemas eléctricos; el Ø es muy alto lo que produce un calentamiento en los bobinados, la corriente pasa por los carbones hacia los conmutadores, se da el desgaste en las escobillas (Chispa eléctrica).

•En problemas mecánicos, aceleraciones bruscas, arranques o frenados bruscos.

•Además si va a existir una excesiva corriente de alimentación va a existir perdidas de caída de tensión lo cual producirá a las cargas adyacentes de un motor o sistema eléctrico.

•Si la corriente es mayor existirá un Torque mayor, donde la corriente atravesaría las partes fijas hacia las móviles con lo que estará sometiéndose a esfuerzos mecánicos(No es un sistema aislado), donde:

ζ_e α Ø ^ ζ_e α I_a ζ_e↑ =↑ k_aØ I_a ζ_{arr e} – ζ_L = J (∂w/dt); J= inercia ^ w = velocidad angular ζ_{arr e} = k_aØ I_arr ζ_{arr e}>> ζ_L ζ_{arr e}- ζ_L>> o

•Para motor de corriente continua c.c. con tensión nominal

La corriente de arranque en D.C hace que sufra el motor.

•Para motor de corriente alterna c.a. con tensión nominal

La corriente de arranque en A.C hace que no sufra el motor.

Para recordar esto lo mostraremos de la siguiente manera:

2.2 Aparatos de arranque de aceleración con

limitación de corriente.

Para limitar la corriente de arranque del Motor D.C se lo hace por dos métodos: •MÉTODO DE ARRANQUE POR ELEMINACIÓN DE RESISTENCIAS.

•MÉTODO ELECTRÓNICO POR TIRISTORES Y COMPONENTES ELECTRONICOS.

R_aceleración = Σ R_a + Σ R_{arrq ;} R_{a =} resistencia de escobillas, devanado, interpolo, etc…

I_arr= V_t / Σ R_acel

ζ_arr|_TR = k_aØ I_arr |_{TR ;} TR = Tensión reducida

ζ_{acel =}ζ|_TR - ζ_L

•En el osciloscopio vemos la corriente como un pico que sube muy rápido porque la corriente sube con una constante de tiempo eléctrica que está en el orden de los milisegundos.

•Mientras que la bajada de la corriente es mas lenta porque depende del incremento de

la velocidad que es un parámetro mecánico, por lo tanto la corriente desciende con una constante de tiempo mecánica que es en el orden de los segundos.

GRAFICOS DE

ARRANQUE

RETIRO DE RESISTENCIA DE ARRANQUE

Comencemos quitando un paso de resistencia cuidando que el pico de corriente no sobrepase el pico

de arranque puede ser igual o menor y con ello también afecta en el cambio de la velocidad y E_{a ,} con

RETIRO DE RESISTENCIA DE ARRANQUE

Comencemos quitando un paso de resistencia cuidando que el pico de corriente no sobrepase el pico de arranque puede ser igual o menor y con ello también afecta

en el cambio de la velocidad y E_{a ,} con lo que continuamos quitando los pasos de

resistencia hasta llegar a la In.

E

I

R

RD

I

Σ R

R

V

= 250 v

I

= 41 A

R

= 0,5Ω

R

= ?

I

= 3 I

^

I

= 2 I

Como la condición es:

2 I_n ≤ I_arrq ≤ 3 I_n

81 A ≤ I_arrq ≤ 123 A

•Como el Torque acelerado es igual a la diferencia entre el Torque de carga y Torque de arranque , como el motor tiene una inercia y una caga entonces esa diferencia me da una aceleración que

•La aceleración sería mayor y como la velocidad (W) es proporcional, esta aumenta y viceversa con la carga; esta me define el valor de la fuerza contraelectromotriz

E_a↑ =↑ k_aØ W_n; I_aDisminuye en un ∆t

Comprobamos si aún no sobrepasa el pico

138,89 v

175,95 v ; Sobrepasa los 123 A

Calculamos la nueva resistencia acelerante y se saca un paso más de resistencia

Comprobamos si aún no sobrepasa el pico

Calculamos la nueva resistencia acelerante y se saca un paso más

de resistencia

200,9v

Comprobamos si aún no sobrepasa el pico

; Es < 123A

•Como encontramos que la I_arrq= 98,72 y que cumple con las condiciones de 2 I_n ≤ I_arrq ≤ 3 I_n La última resistencia que quitamos es:

•El tiempo de actuación de los relés depende de la carga ya que según si se tiene menos

carga va a tener mayor velocidad y A MAYOR f.c.e.m MAYOR rapidez llega ese voltaje para

que el relé cense mas rápido y elimine los pasos de resistencias.

•Para el uso de relés temporizadores ya no depende de los valores de I_{arrq y Ea ,}sino usan

tiempos de (Tc) en sus contactos de ON DELAY y ese tiempo de cierre se lo calibra usando pruebas en le Motor.

2.2 Aparatos de arranque de aceleración con limitación de Corriente

Hay tres tipos de arrancadores automáticos que operan acelerando el motor sobre la base de modificar la intensidad de corriente:

•El Motor de relé serie

•El Tipo fuerza contraelectromotriz •El Tipo de Bloqueo

Aparato de arranque con relés en serie

Consta del cuadro de pulsadores ARRANQUE-PARO, el circuito de mando consta de tres relés aceleradores: 1AR, 2AR, 3AR; Cuatro contactores: M, 1A, 2A, 3A y tres resistencia R1, R2, R3.

El funcionamiento correcto de este tipo de arrancador de aceleración con limitación de intensidad depende:

•De las variaciones de intensidad

El Motor de relé serie

Apenas hay corriente se excita la bobina, cuando la corriente baja el

relé 1AR se desconecta y cierra sus contacto (NC)

2.3 El Tipo fuerza contraelectromotriz(f.c.e.m

)

•Consta del cuadro de pulsadores ARRANQUE-PARO, un contactor principal, relés de

aceleración ,tipo tensión, contactores y resistencias.

•

Los relés van conectados en paralelo con el inducido, estos están graduados para

trabajar a una sucesión de tensiones cada vez más altas en el arranque de cuatro pasos

podría ser 50, 75,90% de la tensión nominal.

•Los relés se disponen en paralelo con el inducido para temporizar el funcionamiento de

los contactores, porque resulta fácil ajustarlo para operar a tensiones predeterminadas.

•Al acelerar el motor y elevarse lo suficiente la f.c.e.m para accionar al relé R1A(aprox el

50% de la tensión)

•

con una aceleración sucesiva del motor se excita 2RA a la tension para la que ha sido

graduado previamente(aprox el 75% del regimen).

•

Cuando el motor se ha acelerado para aumenta la f.e.m del inducido hasta un 90%

aprox. De latension de red, con lo que el inducidos opera normalmente a la tensión

integra de la red

El Tipo fuerza contraelectromotriz(f.c.e.m)

2.4 Aparatos de arranque con aceleración de tiempo fijo.

Se han desarrollado muchos tipos de aparatos de arranque para c.c ,en lo cuales , unos contactos, conectados en paralelo con las resistencias aceleradoras, se van cerrando sucesivamente, a intervalos cada vez mayores.

Esto implica el uso de temporizadores accionados por solenoides o por motor, relés amortiguadores, temporizadores neumáticos, contactores inductivos de tiempo limite, etc.

Arranque de un motor de c.c con relé de retardo mecánico

•El relé temporizado TR accionado por un solenoide o un motor se activa para cerrar los contactos uno tras otro y con retardos graduados.

•Los contactos del relé van poniendo en acción los contactores que a su vez ponen en corto circuito las resistencias

TEMPORIZADORES MECANICOS.- el relé de retardo mecánico TR puede ser accionado por un motor síncrono o por un solenoide, que a su vez acciona un vástago, el cual cierra

un juego de contactos con un ciclo de tiempos determinado y regulable.

Así se logra que los contactores conecten con demoras definidas y de creciente duración, para ir poniendo en cortocircuito un grupo de resistencias aceleradoras.

Motor Shunt conectado a un arrancador del tipo

temporizador. Mecanico.

TR1,TR2 y

TR3 son relés amortiguadores temporizados con el

contactor M y el relé de retardo TR1 se excitan al pulsar el botón de

ARRANQUE, lo cual cierra el contacto principal M para poner en

marcha el motor Compound con las resistencias R1, R2 y R3 en el

circuito de inducido, y cierra de esta manera los dos contactos de

enclavamiento M conectados en serie.

Modo de operación del relé de tiempo

Principal diferencia ente Aceleración con limitador de

Corriente y tiempo fijo

La corriente de carga determina la rapidez con que el motor

alcanzara su velocidad mientras que el otro temporizador previo de

los relés permitirá que estos operen en un determinado ciclo de

tiempo de aceleración.

Arranque por fem y relés de tiempo definido

E

=k Ø w

ζ

= R

Ø I

ζ

= ζ

- ζ

Maquinas D.C

•

Produce el cambio de los contactos Produce una fuerza Electromotriz (Tiene el Entrehierro)

•Bobina Neutralizante

Recibe el Voltaje de los Entrehierros (Efecto contrario)

Si la R1 .

Cuando < R1, >el tiempo de

retardo.

Cuando > R1, < el tiempo de

retardo.

• DC-1

•ARRANQUE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA, VELOCIDAD CONSTANTE, •NO REVERSIBLE, ACELERACIÓN POR FUERZA CONTRA ELECTROMOTRIZ, SIN FRENO

•DINÁMICO, CON PROTECCIÓN CONTRA BAJO VOLTAJE, SOBRECARGA Y FALLA DE CAMPO. •DIAGRAMA ESQUEMÁTICO.

DC-2

ARRANQUE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA, VELOCIDAD CONSTANTE, NO REVERSIBLE, TIEMPO DE ACELERACIÓN DEFINIDA, SIN FRENO DINÁMICO, CON PROTECCIÓN CONTRA BAJO VOLTAJE, SOBRECARGA Y FALLA DE CAMPO.

4 I nd A mp L1 T 1 23 1 23 0 R2 R3 A1 A 2 69 2 3 3 8 F S1 S2 D S T2 L 2 R1 1 2 A mp RH1 3 8 4 0 RH -2 F - 1 F - 2 D P 22 6 22 5 2 1 0 21 2 6 5 F LU KE 8 6 7B 6M 5 M 5N 6N 8 F 6 5 72 7 3 2 11 2 13 5 8 F P OT . REO ST P OT . REO ST 2 14 S ER. RE ST S ER. RE ST 2 2 8 2 09 2 13 2 27 2 24 6 20 8 2 0 9 2 16 2 15 6 3 9 41 1 2 4 2 2 9 2 3 2 2 14 2 2 3 7 0 6 4 8 F 50 52 M AR CH A 4 9 4 8 P ARO Secuencia de Operación •6M –ON •5M,5N Y 6N – ON •8F –ON •6M –OFF •5M –OFF •6N, 5N - OFF •OFF •8F - OFF

Diagrama de operación de la bobina

de magnetización y neutralización

2.6. Inversión de giro

.

El sentido de la rotación de los motores de c.c, puede

invertirse por :

1. Invirtiendo el paso de la corriente a través del

inducido.

2. Invirtiendo el paso de la corriente a través de todos los

arrollamientos del campo

Para cambiar el giro de velocidad del eje de una maquina

DC, se debe:

T

=k Ø I

+ + +

-

-

+

-

+

-+ -

-Se invierte la (I de armadura) en

preferencia ; ya que también se puede

cambiar la If

Normal

F

_R

R

F

Pera que el devanado serie vaya

la misma dirección del flujo, esta

dispuesto de esta manera

.

•Si es devanado Interpolo ( anular el flujo de reacción de

armadura)

•Se presenta 2 contactores para energizar o desenergizar;

FUNCIÓN EXCLUYENTE.

•Cortocircuita la armadura si los dos contactos funcionan a la

vez, lo que quiere decir que cortocircuite la fuente.

Arranque de un MOTOR COMPUESTO.

Esta conexión permite menos contactores energizados.

Relé y contactos

aceleración

•1A (on), RT2(on) ∆t 2

•2A (on),RT3(on), ∆t 3

•3A (on) •RT1(off)

•1A (off), RT2(oFF) •2A (off), RT3(oFF)

Para cambiar directamente el giro sin pulsar el paro entonces se

tiene que limitar la

I

AVANCE GRADUAL

•Controlando manualmente, mientras el dedo esta pulsante funciona gradualmente (lentamente).

•En el mismo botón se encuentre la marcha y la parada •Se necesita una reducción de velocidad mecánica.

Si se quisiera funcionar en forma gradual, lo que se debe desconectar 1A y 2A.

Aquí van a funcionar gradualmente y si deseo sigue de largo

Ya no necesito autoretención

Prioridad en la marcha

AVANCE GRADUAL EN 2 DIRECCIONES

R2(off)

R1(off)

2.7. Frenado: Dinámico y contracorriente.

El inducido desconectado de la fuente, donde al

arrancar no va hacer la inversión de giro

El inducido funciona como fuente

Ifd = Ea/ (Ra + Rfd)

Frenado Dinámico

A mayor Ra + Rfd mayor Ifd

A mayor Ifd mayor Contra torque

No interviene R1, R2 ni R3

Ifd

•No gira en sentido contrario

cuando se lo detiene

Frenado Contracorriente

.

•Al llegar a la velocidad cero

tiene que desconectarse

FRENADO CONTRACORRIENTE USANDO

RELE DE TIEMPO

Swich de velocidad

cero.- Opera

normalmente abierto sino hay velocidad.

FRENADO CONTRACORRIENTE USANDO

TEMPORIZADOR

Secuencia de Operación

•M (on) , RT1 (on), ∆t 1

•1A (on), RT2(on) • ∆t 2

•2A (on), •RT1(off)