CONTROL DE MOTORES ELCTRICOSEs un trmino genrico que significa muchas cosas, desde un simple interruptor de volquete hasta un complejo sistema con componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores. Sin embargo, la funcin comn es la misma en cualquier caso: esto es, controlar alguna operacin del motor elctrico. Por lo tanto, al seleccionar e instalar equipo de control para un motor se debe considerar una gran cantidad de diversos factores a fin de que aqul pueda funcionar correctamente junto a la mquina para la que se disea. Diagrama de control

El diagrama anterior nos muestra el circuito de control y circuito de fuerza de un arrancador reversible de un motor de induccin tipo rotor jaula de ardilla monofsico de c. a. de fase dividida. Se han utilizado dos contacto res (F y R) con cuatro contactos N. A. y un contacto N. C., cada uno; tres contactos N. A. de cada contactor estn alambrados en el circuito de alimentacin del motor, un contacto N. A., as como un contacto N. C. estn alambrados en el circuito de control. El cambio de la direccin del flujo de la corriente elctrica, se efecta en el devanado principal o devanado de trabajo o marcha con respecto a devanado de arranque.Simbologa normalizadaLos motores elctricos y sincromotores son dispositivos electromecnicos cuya funcin es transformar la energa elctrica en energa mecnica a travs de interacciones electromagnticas. Otros motores (generadores) producen electricidad aprovechando la energa mecnica, como son los alternadores y dinamos.

SmboloDescripcinSmboloDescripcin

Devanado del motor elctricoArrollamientoDevanado serie

Devanado ShuntEscobilla de motor elctrico

Motor elctricoSmbolo genricoMotor de dos velocidades

Motor elctricoMotor de CA, corriente alternaSmbolo genrico

Motor de CC o DCcorriente continua o directaMotor de CC o DCcorriente continua o directa

Motor linealMotor paso a paso

Puede hacer las funciones de motor o generadorMotor de CC de imn permanente

Motor serie monofsico de CAMotor serie de CC

Motor de induccin monofsico con acceso al devanadoMotor de repulsin monofsico

Motor de excitacin shuntderivacin de CCMotor sncrono monofsicoMS -> Motor sncrono

Smbolos de sincros / sincromotores

Receptor de par torsor sncrono TR tipo sincroTransmisor diferencial sumador, TDX

Transmisor diferencial sumador de alta potencia, TDXReceptor diferencial sumador de alta potencia, TDR

Transmisor de control sincro con sus terminalesSincro resolver RS conbobinados de compensacin

Sistema transmisor sincro con control grueso / finoEj: de 60MhzReceptor de control sincro de CC de 8 etapas, escalones

Receptor de control sincro con carcasa impermeable gobernado por AFSincro con rotor devanado

Representacin de las bobinas de un sincro

Smbolos de motores trifsicos

Motor elctrico trifsicoSmbolo genricoMotor trifsico

Motor serie trifsicoMotor trifsico de conexin en estrella y con arranque automtico

Motor trifsico con rotor devanadoMotor lineal trifsico con giro en un solo sentido

Arranque de motoresRgimen transitorio en el que se eleva la Velocidad del mismo desde el estado de Motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de rgimen permanente. El conjunto que se pone en marcha es inercial y disipadito, incluyendo en este ltimo concepto a las cargas tiles, pues consumen Energa. La corriente de arranque de la mayora de los motores AC son varias veces la corriente nominal a plena carga. Los motores sncronos y de induccin pueden manejar varias veces la corriente a plena carga cuando arrancan a tensin plena. El par de arranque vara proporcionalmente con el cuadrado del voltaje aplicado. Si el voltaje en terminales cae en forma excesiva, el motor no tendr suficiente par para acelerar y alcanzar la velocidad de operacin. Los motores en marcha pueden detenerse por la excesiva cada de tensin, o por la operacin de los relevadores de bajo voltaje. Adems, si los motores son arrancados frecuentemente, la variacin del voltaje en la fuente puede causar parpadeo en el sistema de iluminacin. Con los estudios de arranque de motores, los problemas se pueden predecir antes de que se instale el motor. Si se requiere un dispositivo de arranque, se pueden determinar sus caractersticas y ajuste. Con el estudio de arranque de motores se puede seleccionar el mejor mtodo de arranque, el mejor diseo de motor, o el diseo del sistema elctrico que se requiere para minimizar el impacto del arranque del motor en el sistema completo.Beneficios Se determina el tipo de arranque a tensin reducida del motor. La seleccin adecuada del motor. Se determina la cada de tensin del sistema elctrico cuando se arranca al motor.

Mtodos de arranque de motores de corriente alterna.Se disean dos tipos bsicos de motores para funcionar con corriente alterna polifsica: los motores sncronos y los motores de induccin. El motor sncrono es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura estn divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la lnea de potencia de corriente alterna. La velocidad constante de un motor sncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecnica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando est bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores sncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofsica mediante la inclusin de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magntico rotatorio.El ms simple de todos los tipos de motores elctricos es el motor de induccin de caja de ardilla que se usa con alimentacin trifsica. La arma dura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor sncrono. El elemento rotatorio consiste en un ncleo, en el que se incluyen una serie de conductores de gran capacidad colocados en crculo alrededor del rbol y paralelos a l. Cuando no tienen ncleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilndricas que se usaban para las ardillas. Los motores de bateras en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. stos se fabrican en tamaos pequeos y se utilizan en aparatos domsticos.Arranque del motor de induccin.En la mayor parte de las zonas si se cuenta con un motor pequeo de induccin de jaula de ardilla de unos cuantos caballos de fuerzas pueden poner en marcha directamente desde la lnea con una cada de voltaje que es de poca importancia en la fuente de voltaje, y con un retardo pequeo o sin retardo para acelerarse a su velocidad nominal. Igualmente, los motores grandes de induccin de jaula de ardilla hasta de varios miles de HP, se pueden arrancar conectndolos directamente a la lnea sin daos ni cambios indeseados de voltaje, siempre que las tomas de voltaje tengan una capacidad bastante alta. Aunque hay algunas excepciones entre las diversas clasificaciones de motores comerciales de induccin de jaula de ardilla, que necesitan normalmente seis veces el valor de su corriente nominal para arrancar cuando se aplica el voltaje nominal a su estator. En el instante de arranque la corriente del rotor est determinada por la impedancia de rotor bloqueado Rr + jXlr. As, el voltaje del estator se reduce a la mitad de su valor nominal, la corriente de arranque se reducira en esa proporcin, es decir a unas tres veces la corriente nominal. Pero la ecuacin: Ts = Kt' Vp2 indica que si el voltaje de lnea en el estator se reduce a la mitad de su valor, el par se reduce a la cuarta parte de su valor original. Por lo tanto se ha alcanzado la reduccin deseable en la corriente de lnea al motor al costo de una reduccin indeseable y a un mayor par de arranque. Si el motor se arranca bajo carga grande, esto tiene cierta importancia y hay la probabilidad de que el motor pueda arrancar con dificultad o no arranque. Por otro lado si el motor se arranca sin carga, la reduccin en el par puede no ser importante para algunos casos, y es ventajosa la reduccin de la corriente. Las fluctuaciones frecuentes de voltaje pueden tambin afectar al equipo electrnico y a la iluminacin al grado de que se necesite algn mtodo alterno para arrancar el motor de induccin, para limitar la corriente de arranque. Si las lneas que alimentan al motor de induccin de jaula de ardilla, tienen impedancias diferentes; los voltajes del estator pueden desbalancearse, desbalancendose verazmente las corrientes en las lneas y originando que el equipo de proteccin dej al descubierto al motor. De hecho un desbalance de 1 o 2 % en los voltajes de la lnea del estator pueden originar un desbalance del 20 % en las corrientes de lnea, presentando calentamiento localizado del motor y fallas del devanado Arranque con impedancia en el estatorLo que pretendemos aadiendo una impedancia al estator es limitar la tensin en los bornes del estator de la mquina. En el primer momento del arranque tenemos todas las resistencias, posteriormente vamos desconectndolas todas poco a poco. El esquema sera el de la figura siguiente.

Imagen 9. Arranque con impedancia en el estator.Elaboracin propia con paint

Arranque por autotransformador Mediante un autotransformador colocado entre la lnea y el motor limitamos la tensin e iremos incrementndola poco a poco.

Imagen 10. Elaboracin propia

Arranque estrella-tringuloLgicamente este tipo de arranque slo se puede hacer en motores cuya caja de bornes est accesible. Primero se arranca con conexin estrella para que la tensin en bornes sea la de fase y posteriormente pasamos a conexin tringulo para que la tensin sea de lnea.

Arranque con resistencia en el rotorEn este caso las resistencias se colocan en el rotor y se van eliminando a medida que el motor va arrancando.

Imagen 11. Elaboracin propia creada con paint Arranque con dispositivos electrnicosEn la actualidad la opcin ms habitual es emplear dispositivos electrnicos para lograr arranques a intensidad reducida. Una opcin es utilizar los llamados arrancadores suaves que van aumentado la tensin de manera gradual y manteniendo la intensidad. Una segunda posibilidad es utilizar variadores de frecuencia que permiten arrancar el motor incrementando gradualmente la frecuencia de alimentacin al motor. Esta opcin permite adems controlar la velocidad del motor.

Clasificacin del control de motoresUn controlador debe cubrir las siguientes funciones: arranque, paro, proteccin de sobrecarga, proteccin de sobre corriente, movimientos reversibles, cambios de velocidad, pulsaciones, inversin rpida, control de secuencia y lmpara piloto.

El control bsico es el de arranque y parada, local o remota, lo que se logra con un rel, comnmente llamado contactor o arrancador, que tiene un detector/protector de sobrecargas para desconectarlo y as evitar que se queme el bobinado. Tambin lleva un interruptor electromagntico para desconectarlo en caso de corto circuitos y para aislarlo en caso de requerir mantenimiento. El contactor y el interruptor se montan en cajas metlicas, o paneles, que se llaman centros de control. Estos paneles pueden albergar varias unidades de control, y se disean de acuerdo a las necesidades de cada planta.

Para motores grandes, algunas veces se incluye un ampermetro para observar la corriente del motor y as saber qu carga lleva. Algunos motores requieren arranques ms suaves, por lo que incluyen contactores especiales. El ms comn es el arranque "estrella-tringulo", el cual requiere dos contactores. El motor jaula de ardilla actualmente es el motor principal en industrias y se alimentan de corriente alterna a tres fases y como ya se mencion su rotor no tiene devanados.Hay que considerar la corriente que requiere cada motor para su arranque y trabajo a una velocidad nominal La velocidad del motor jaula de ardilla depende del nmero de polos del devanado del motor. En 60 Hertz un motor de dos polos operara aproximadamente a 3450 RPM, uno de 4 a 1725 RPM y uno de 6 a 1150 RPM. Las velocidades sncronas de los motores son 3600,1800, y 1200 RPM

Control manualEste tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que est colocada la mquina. Este control es el ms sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para el arranque de motores pequeos a tensin nominal. Este tipo de control se utiliza frecuentemente con el propsito de la puesta en marcha y parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagntico equivalente. E arrancador manual proporciona generalmente proteccin contra sobrecarga y desenganche de tensin mnima, pero no proteccin contra baja tensin.Interruptor de volquete. Muchos motores pequeos se arrancan con interruptores de volquete. Esto significa que el motor arranca directamente, sin el empleo de interruptores magnticos o equipo auxiliar. Los motores que se arrancan con interruptores de volquete se protegen mediante fusibles o cortacircuitos en el circuito derivado y, generalmente, impulsan ventiladores, sopladores u otras cargas por iluminacin.

Interruptor de seguridad. En algunos casos se permite arrancar un motor directamente a travs del voltaje completo de la lnea, con un interruptor de seguridad accionado desde el exterior. El motor recibe proteccin en el arranque y durante la marcha, con la instalacin de fusibles de doble elemento, retardadores de tiempo. El empleo de un interruptor de seguridad para el arranque es una operacin manual, por supuesto, y tiene las limitaciones de la mayora de los arrancadores manuales.Controlador de tambor. Los controladores de tambor son dispositivos manuales de interrupcin, del tipo rotatorio, que se usan, a menudo, para invertir la direccin del movimiento de los motores y controlar la velocidad de las mquinas de c-a y c-c. Se pueden utilizar sin otros componentes de control en los motores de tamao ms pequeo, generalmente fraccionarios. En los motores de tamao mayor, se emplean con arrancadores magnticos, como dispositivos de control.Tipo de placa frontal: Los controladores del tipo de placa frontal se han utilizado, durante muchos aos, para el arranque de los motores de c-c. Tambin se emplean para el control de la velocidad del motor de induccin con rotor devanado. Los contactos de interrupcin mltiple, montados cerca de un brazo selector en el frente de una placa aislada, incorporan el uso adicional de resistencias montadas en la parte trasera, como una unidad completa. El empleo de arrancadores de placa frontal ofrece caractersticas que no se encuentran en otros controladores manuales.Circuitos de control manual: Un diagrama bsico de control expresado en la forma de diagrama de lnea, es aquel que muestra una estacin de botones controlando una lmpara. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la accin para que el circuito opere.CONTROL SEMIAUTOMATICO Los controladores que pertenecen a esta clasificacin utilizan un arrancador electromagntico y uno o ms dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinado res de tambor o dispositivos anlogos. Quizs los mandos ms utilizados son las combinaciones de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente econmica. El control semi-automtico se usa principalmente para facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible. La clave de la clasificacin como en un sistema de control semiautomtico es el hecho de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagntico. Centro de Control de MotoresUn Centro de Control de Motores (CCM) es un tablero que alimenta, controla y protege circuitos cuya carga esencialmente consiste en motores y que usa contactares o arrancadores como principales componentes de control. El uso de los Centro de Control de Motores responde a la gran tendencia en las instalaciones elctricas a localizar los controles de motores en reas remotas y concentrarlos en un solo gabinete. Los CCM son utilizados como eslabn de unin entre los equipos de generacin y los consumidores finales tales como motores, equipos de climatizacin, etc. Los CCM, ofrecen la ventaja de integrar dentro de un mismo gabinete los sistemas arrancadores de motores de distintas reas de una planta as como el sistema de distribucin de la misma, al utilizar este equipamiento se reducen los costos ya que la lneas de alimentacin llegan a un solo lugar ( El CCM) y desde all salen los cables de poder y de control hacia las cargas finales.

3.11 ARRANCADORES ELECTRICOSSon necesarios los arrancadores para limitar la corriente de armadura que fluye cuando el motor se conecta. El arrancador se usa para llevar al motor a su velocidad normal y luego se retira del circuito. El aparato de control ajusta entonces la velocidad del motor segn sea necesario.Son necesarios los arrancadores para limitar la corriente de armadura que fluye cuando el motor se conecta. El arrancador se usa para llevar al motor a su velocidad normal y luego se retira del circuito. El aparato de control ajusta entonces la velocidad del motor segn sea necesario.

Un arrancador es un equipo que me sirve para la proteccin de cualquier motor elctrico, ya que se utilizan para la proteccin de sobrecarga de los motores elctricos, el motor puede ser Monofsico, Bifsico o Trifsico.Se encontrar que los arrancadores y controles se clasifican: Por la forma en que funcionan: manual o automtica. Por la forma en que estn construidos: de placa o de tambor. Por el tipo de cubierta: abierta o protegida.Adems, los arrancadores y controles se clasifican segn el nmero de terminales con que se conectan al motor:Arrancadores de contacto doble, triple y cudruple.

3.12 ARRANCADORES MANUALES PARA POTENCIAS FRACCIONARIAS

Se usan para arrancar pequeos motores monofsicos de Corriente Alterna o Corriente Continua menores de 1 hp. Estos arrancadores tienen proteccin trmica contra sobrecarga. Cuando ocurre la sobrecarga la palanca se mueve automticamente dejando los contactos abiertos. Los contactos no pueden volver a cerrarse hasta que el elevador de sobrecarga se restablezca manualmente a la posicin ON.La corriente de arranque no disparar al arrancador. El trmico es de aleacin fusible, que con la sobre corriente continua eleva la temperatura del interruptor liberando el trinquete y disparando el mecanismo interruptor.Se pueden usar arrancadores manuales del tipo de botones (start, stop) para motores de c.c. hasta 2 hp, motores monofsicos hasta 5 hp y motores trifsicos hasta 7 HP.Los arrancadores manuales de potencia fraccionaria se pueden obtener con tipos diferentes de envolventes, as como del tipo abierto. Se pueden conseguir cajas para proteger las partes vivas contra contacto accidental, para montar en cavidades de la mquina, para proteger al arrancador contra polvo y humedad, o para evitar la posibilidad de una explosin cuando ese aparato se use en localidades peligrosas.3.13 Arrancadores Magnticos

Emplean energa electromagntica para cerrar los interruptores. Se utilizan ampliamente porque se pueden controlar desde un punto alejado. Generalmente estos arrancadores se controlan por medio de una estacin de botones, in interruptor del flotador o relevos de control de tiempo. Se fabrican en muchos tamaos como el 00 (10 Amp) hasta el tamao 8 de 1350 Amp a cada tamao se le ha asignado cierta capacidad en hp. Los arrancadores existen de 2 polos para motores monofsicos y de 3 polos para trifsicos. Los motores se pueden sobrecargar si el voltaje de entrada est bajo o si se abre una lnea en el sistema polifsico (ya que funcionara como monofsico). Bajo cualquier condicin de sobrecarga, un motor toma una corriente excesiva que causa el sobre calentamiento.Como el aislante del devanando del motor se deteriora cuando se somete a sobre calentamiento, existen lmites establecidos para la temperatura de operacin del motor. Para protegerlo contra el sobre calentamiento se emplean relevadores de sobrecarga en un arrancador para limitar cierto valor la cantidad de corriente que toma. Esta es la proteccin contra sobrecarga o de marcha. Los relevadores (magnticos o trmicos) se sobrecargan actan para desconectar el arrancador y parar el motor cuando hay sobre corriente3.15 Arrancadores magnticos a tensin reducidaEsta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes razones: se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor, o bien, acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par. Existen varias formas o mtodos para lograr el arranque a tensin reducida. Entre los principales se tienen:

a) Resistencias Primarias.b) Reactancias.c) Autotransformador. d) Estrella-Delta.e) Devanado Partido.3.22 Arrancador de un motor de corriente directa por FCEM.Cuando un motor de corriente directa es alimentado, el voltaje de alimentacin (Vm) se divide en:

- La cada de tensin (voltaje) que hay por la resistencia de los arrollados del motor (debido a la resistencia interna Ra) y una tensin denominada fuerza Contra electromotriz (FCEM). La FCEM es proporcional a la velocidad del motor y a la intensidad del campo magntico. Si el motor tiene rotor con imn permanente esta constante es: K = Vb / Nd. Donde:- K = constante de FCEM del motor y se expresa en Voltios / rpm.- Nd = Velocidad de giro del motor en rpm.El Par de arranque por lo general, las normas de diseo y fabricacin de motores elctricos, establecen que un motor trifsico de induccin, que se alimenta al voltaje y la frecuencia nominal debe soportar durante 15 segundos, sin frenarse y acelerarse bruscamente, un par de arranque igual a 1,6 veces el valor nominal. Otros datos muy importantes para los motores de induccin, son el par y la corriente que el motor demanda en el momento de arranque (par y corriente de arranque). Es conveniente aclarar la diferencia entre par mximo y par de arranque. Para aplicaciones especiales (aparatos de traccin, elevadores, mquinas con momento de inercia particular, etc.), este dato se considera como parte de la especificacin. La resistencia del inducido de un motor corriente de 10 caballos y 230 voltios es aproximadamente de 0,25 ohmios. Si este inducido estuviera conectado directamente a una red de 110 voltios, la corriente segn la ley de Ohm, ser: I = 230/0,25 = 920 amperios.Este valor de la corriente no solamente es excesivo, sino tambin totalmente anormal, especialmente si se tiene en cuenta que la corriente nominal de un motor de este tipo es de unos 38 amperios. Cuando un motor est funcionando, es evidente que la corriente del inducido no est determinada solamente por su resistencia hmica. El inducido de un motor en funcionamiento se comporta de manera similar al de una dinamo. Los conductores, adems de llevar corriente y desarrollar as un par motor, estn cortando un flujo y generan una f. e. m.La figura siguiente se muestra un conductor aislado del inducido de un motor en el instante en que pasa por delante de un polo norte. Este conductor se puede mover libremente.La flecha del lado izquierdo seala el sentido de la tensin aplicada y, por tanto, el de la corriente. Si se aplica la regla de Fleming de la mano izquierda, se ve que la relacin entre la direccin la corriente y el flujo es tal que el conductor tiende a moverse hacia abajo por la accin de la fuerza aparecida.

3.23 Arrancador de un motor de CD por arranqueEl motor de arranque en el vehculo es un dispositivo que transforma la energa elctrica que le es suministrada en energa mecnica para dar la inercia necesaria al motor trmico para empezar la combustin por s solo. Existen diversos sistemas para poner en funcionamiento un motor trmico de combustin, pero el que se utiliza en automviles, como norma general, es este sistema.Tenemos que tener en cuenta que el motor de arranque tiene que producir una potencia suficientemente alta como para mover con facilidad el motor trmico y arrancarlo ya sea en fro o en caliente, es por tanto que el motor de arranque debe de disponer de una reductora que desmultiplique la velocidad pero multiplique el par de fuerza aplicado.La diferencia de dientes entre la corona del volante motor y el pin de ataque del motor de arranque ya genera esa desmultiplicacin. No obstante existen motores de arranque que incorporan una reductora (formada por una corona y piones planetarios) que aumenta la desmultiplicacin. El contactor dispone de dos devanados; el de activacin y el de retencin.-Devanado de activacin:Cierra el circuito con la escobilla negativa y entra en accin cuando recibe corriente por 50 (III posicin llave de arranque, posicin de arranque). Este devanado hace que el pin se desplace y engrane con la corona dentada del volante de inercia, adems de permitir el paso de corriente del terminal 30 (corriente directa de batera) hacia el motor elctrico de corriente continua.-Devanado de retencin.Cuando por 30 entra corriente hacia el motor elctrico, el devanado de activacin queda cortocircuitado. El devanado de retencin, con su masa en la carcasa del contactor, no se queda cortocircuitado y mantiene el pin de ataque fuera durante el proceso de arranque mientras el conductor mantiene la llave de contacto en la posicin nmero III.En el siguiente grfico de Bosch podemos observar el comportamiento del contactor en cada una de las fases de arranque.