Los motores eléctricos en corriente alterna.

Los motores eléctricos en corriente alterna.

El motor eléctrico por excelencia en corriente alterna es el motor de inducción o motor asíncrono trifásico, es el más utilizado para el accionamiento de máquinas en la industria y gracias a la electrónica de potencia está desbancando a otros tipos de motores de corriente continua como por ejemplo en tracción eléctrica, su amplia utilización es debido a su sencillez de mantenimiento, facilidad de instalación, bajo coste y robustez.

Empezaremos con el motor trifásico asíncrono, estos pueden ser de rotor en cortocircuito (el más utilizado) o de rotor bobinado.

Sus partes fundamentales son:

El estator, parte fija de la máquina donde van alojados las bobinas inductoras, las tapas laterales o también llamadas escudos que llevan dos cojinetes que permite el giro del rotor.

Estator.Foto: viatger

El rotor en cortocircuito, parte móvil de la máquina, bobinada con unas barras de cobre o aluminio, introducidas en las ranuras y que van soldadas a dos anillos, del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto se denomina jaula de ardilla por su parecido a una jaula de ardilla. Existen motores con rotor de doble jaula de ardilla.

Rotor. Foto: viatger.

Partes de un
motor asíncrono trifásico.

En esta imagen se puede apreciar el eje del motor que es el que desarrollará la potencia útil del motor y es esa la potencia que viene indicada en la placa de características del motor, observamos la caja de bornes donde se efectúan las conexiones a la red y las aletas que lleva es para refrigerar la máquina mediante las aspas que llevan casi todos estos motores en la el escudo contrario al eje, es decir, cuando funciona el motor al mismo tiempo un ventilador proporciona aire que pasa a través de las aletas de refrigeración evacuando el calor que produce la máquina.

Despiece motor. Imagen sacada del Telesquemario de Telemecanique.

Conexión del motor.

Arranque directo del motor.

Cuando el motor tiene una potencia inferior a 0,75 Kw se puede conectar de forma directa a la red, el motor dispone de tres bobinas que se deben conectar a la red para que funcione, estas bobinas pueden conectarse en estrella o en triángulo dependiendo de la tensión que soporten las bobinas y de qué tensión sea la red trifásica.

En la placa de características nos encontraremos siempre dos valores de tensión, el valor más pequeño de esos dos valores es la tensión nominal que soporta cada bobina, es decir, si un motor eléctrico nos indica que es 230/400 v, nos está indicando que la tensión nominal que aguantan las bobinas es 230 voltios.
Unos ejemplos nos aclararán las ideas, si la red que tenemos es de 230 V y el motor es de 230/400 v debemos conectar el motor en triángulo ya que con esta conexión cada bobina recibirá 230 v.

Con la red trifásica de 400 v, y el mismo motor 230/400 v, deberemos conectar el motor en estrella porque así cada bobinado recibirá 400/√3 = 230 v, es decir, la tensión que soporta cada bobina.

El motor dispone de unos puentes que se colocarán según las fotos si se conectan en estrella o en triángulo.

Caja de bornes de un motor asíncrono. Foto viatger.

Disposiciones típicas de las bobinas en la caja de bornas del motor. Dibujo viatger (ya, es malo de narices)

Motor asíncrono conectado en estrella. En las bornas superiores iría una fase por borna y como se puede apreciar las bornas de abajo están puenteadas. Foto viatger.

En esta imagen se aprecia de qué forma conectan los puentes las bobinas en estrella.

Motor asíncrono conectado en triángulo. En las bornas superiores iría una fase por borna y se puede apreciar cómo deben ir los puentes. Foto viatger.

En esta imagen se aprecia de qué forma conectan los puentes las bobinas en triángulo. Dibujo viatger.

Esquema de potencia del arranque directo de un motor de inducción. Imagen sacada del Telesquemario de Telemecanique.

En el esquema podemos observar un seccionador con fusibles incorporados que protegerán el circuito contra cortocircuitos, un contactor que efectuará la conexión y desconexión del motor, el relé térmico que protegerá al motor contra sobrecargas dicha protección es como si realizara una imagen térmica del motor en otra entrada hablaremos de este relé.

La nomenclatura de los bornes del motor no es aleatoria cumplen con una normativa actual, pero todavía hoy se conservan y se construyen muchos motores con la anterior normativa por tanto sus equivalencias son:

- U1 en la norma antigua es U.
- V1 en la norma antigua es V.
- W1 en la norma antigua es W.
- W2 en la norma antigua es Z.
- U2 en la norma antigua es X.
- V2 en la norma antigua es Y.
- Así como las fases, según la actual normativa, son L1, L2, L3 en la antigua era R, S, T, aunque se utilizan mucho ambas nomenclaturas. En otras obras de electrotecnia a las fases las denominan A, B, C.
Si somos observadores nos daremos cuenta que la normativa actual deja bien definidas los principios y finales de cada bobina del motor.

Arranque estrella-triángulo.

Los motores de poca potencia pueden arrancarse directamente como vimos en el apartado anterior, pero cuando las potencias superan un valor se deben conectar los motores mediante algún sistema de arranque para evitar la sobreintensidad de arranque elevada que puede provocar perturbaciones en la red como por ejemplo caídas de tensión inadmisibles. Un motor eléctrico en el arranque puede consumir entre 6 y 8 veces la intensidad nominal.

Por otra parte el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión en su ITC- BT-47 Instalación de receptores. Motores, indica que aquellos motores de potencia superior a 0,75 Kw deberán llevar dispositivos de arranque.
Existen diversos dispositivos de arranque mediante, resistencias estatóricas, autotransformador, relés estáticos, variadores de frecuencia, etc., pero en esta ocasión solamente trataré el clásico arranque estrella-triángulo que todo electricista que se precie debe conocer sin vacilar.

El arranque estrella-triángulo lo que hace es arrancar a tensión reducida el motor asíncrono mediante la conexión estrella que se hará a través de los contactores KM1 y KM3, una vez que el motor alcanza el 80 % de su velocidad nominal, se desconecta la conexión estrella, es decir, el contactor KM3 y se conecta la conexión triángulo, el contactor KM2.

Al esquema de potencia que he puesto hay que hacer algún comentario:

A) En el arranque estrella-triángulo en la caja de bornes NO se debe colocar ningún puente.

B) El relé térmico debe proteger tanto en una conexión como en otra, es decir, durante todo el proceso de arranque.

Motores que se pueden conectar en estrella triángulo:

Red de 230 v y motor bitensión de 230/400 v
Red de 400 v y motor bitensión de 400/690 v

En estas gráficas se puede observar la diferencia de intensidad consumida y el par entre el arranque directo y el estrella-triángulo.

Se puede ver que en el caso de la gráfica de intensidad la corriente en arranque directo consume el motor 6 A, mientras que cuando lo hace en conexión estrella consume 2 A para pasar a consumir 3 A al entrar en triángulo.

COMPARACIÓN ENTRE ARRANQUE DIRECTO Y EL ESTRELLA-TRIÁNGULO.

La primera cifra corresponde al arranque directo y la segunda al estrella-triángulo:
- Corriente de arranque: 100 % - 33%.- Sobrecarga de la línea: 4 a 8 In – 1,3 a 2,6 In.- Par inicial en el arranque: 0,6 a 1,5 Cn – 0,2 a 0,5 Cn.
- Mando: todo/nada – todo/nada.- Tiempos de arranque: 2 a 3 segundos – 3 a 7 segundos.
Ventajas arranque directo:
- Arrancador simple y económico.
- Par de arranque importante.

Inconvenientes arranque directo:

- Punta de corriente muy importante.
- Arranque muy brusco.

Ventajas arranque estrella-triángulo:

- Arrancador económico.
- Buena relación par/corriente.

Inconvenientes arranque estrella-triángulo:
- Débil par de arranque sin posibilidad de ajuste.
- Corte de tensión en el cambio de acoplamiento.
- Motor de 6 bornas.