En este artículo vamos a discutir varios métodos de arranque de un motor de inducción trifásico. Antes de que discutamos esto, es muy esencial aquí recordar la característica de deslizamiento de torsión del motor de inducción trifásico que se da a continuación.
Por la característica de deslizamiento del par, está claro que en el deslizamiento igual a uno tenemos algún par de arranque positivo por lo que podemos decir que el motor de inducción trifásico es una máquina de auto arranque, entonces ¿por qué se necesitan arrancadores para el motor de inducción trifásico? La respuesta es muy simple.
Si miramos el circuito equivalente del motor de inducción trifásico en el momento del arranque, podemos ver que el motor se comporta como un transformador eléctrico con un cortocircuito en el devanado secundario, porque en el momento del arranque, el rotor está parado y la emf trasera debido a la rotación no se ha desarrollado aún, por lo que el motor arrastra el arranque alto actual. Así que la razón de usar el arrancador está clara aquí. Usamos los arrancadores para limitar la alta corriente de arranque. Usamos diferentes arrancadores para ambos tipos de motores de inducción trifásicos. Consideremos la primera jaula de ardilla tipo de motor de inducción. Con el fin de elegir un método de inicio para un motor de jaula de ardillatenemos tres consideraciones principales:
(a) Se selecciona un tipo particular de arrancador en base a la capacidad de las líneas de energía.
(b) El tipo de arrancador seleccionado en base al tamaño y los parámetros de diseño del motor.
(c) La tercera consideración es el tipo de carga del motor (es decir, la carga puede ser pesada o ligera).
Clasificamos los métodos de arranque del motor de inducción de jaula de ardilla en dos tipos en base al voltaje. Los dos tipos son:
(i) Completo voltaje método de arranque y
ii) método de voltaje reducido para arrancar el motor de inducción de jaula de ardilla.
Ahora discutamos cada uno de estos métodos en detalle.
Método de arranque a voltaje completo para el motor de inducción de jaula de ardilla
En este tipo tenemos sólo un método para empezar.
Método de arranque directo en línea
Este método también se conoce como el Método DOL para iniciar el motor de inducción trifásico de jaula de ardilla. En este método se conecta directamente el estator del motor de inducción trifásico de jaula de ardilla a la red de suministro. El motor en el momento de arrancar consume una corriente de arranque muy alta (unas 5 a 7 veces la corriente de carga completa) durante un período muy corto. La cantidad de corriente que consume el motor depende de su diseño y tamaño. Pero un valor tan alto de corriente no perjudica al motor debido a la construcción robusta del motor de inducción de jaula de ardilla.
Un valor tan alto de corriente provoca repentinamente indeseables Caída de tensión en el voltaje de suministro. Un ejemplo vivo de esta repentina caída de voltaje es la atenuación de las luces de tubo y bombillas en nuestras casas en el momento de encender el motor del refrigerador. Ahora derivemos la expresión para el par de arranque en términos de par a plena carga para el arranque directo en línea. Tenemos varias cantidades que están implicadas en la expresión para el par de arranque que se escriben a continuación: Definimos Ts como par de arranque
Tf como un par a plena carga
If según la corriente del rotor de fase a plena carga
Is según la corriente del rotor de fase en el momento del arranque
sf como un deslizamiento de carga completa
ss como punto de partida…
R2 como resistencia del rotor
Ws como la velocidad sincrónica del motor
Ahora podemos escribir directamente la expresión para el par del motor de inducción como
Con la ayuda de la expresión anterior, escribimos la relación entre el par de arranque y el par a plena carga como
Aquí hemos asumido que la resistencia del rotor es constante y no varía con la frecuencia de la corriente del rotor.
Método de voltaje reducido para arrancar el motor de inducción de jaula de ardilla
En el método de voltaje reducido tenemos tres tipos diferentes de método de arranque y estos se escriben a continuación:
- Método de arranque de la resistencia estatórica
- El método de mirar el autotransformador…
- El método de inicio de la estrella delta
Ahora discutamos cada uno de estos métodos en detalle.
Método de arranque de la resistencia estatórica
A continuación se muestra la cifra para el inicio resistencia método:
En este método añadimos una resistencia o un reactor en cada fase como se muestra en el diagrama (entre el terminal del motor y la red de suministro). Así, añadiendo la resistencia podemos controlar el voltaje de suministro. Sólo se aplica una fracción del voltaje (x) de la tensión de alimentación en el momento del arranque del motor de inducción. El valor de x es siempre menor que uno. Debido a la caída de la tensión, el par de arranque también disminuye. Derivaremos la expresión del par de arranque en términos de la fracción de tensión x para mostrar la variación del par de arranque con el valor de x. A medida que el motor se acelera, el reactor o la resistencia se corta del circuito y finalmente las resistencias se cortocircuitan cuando el motor alcanza su velocidad de funcionamiento. Ahora derivemos la expresión para el par de arranque en términos de par a plena carga para el método de arranque de la resistencia del estator. Tenemos varias cantidades que participan en la expresión para el par de arranque se escriben a continuación: definimos Ts como par de arranque
Tf como un par a plena carga
If según la corriente del rotor de fase a plena carga
Is según la corriente del rotor de fase en el momento del arranque
sf como un deslizamiento de carga completa
ss como punto de partida…
R2 como resistencia del rotor
Ws como la velocidad sincrónica del motor
Ahora podemos escribir directamente la expresión para el par del motor de inducción como
Con la ayuda de la expresión anterior, escribimos la relación entre el par de arranque y el par a plena carga como
Aquí hemos asumido que la resistencia del rotor es constante y no varía con la frecuencia de la corriente del rotor. A partir de la ecuación anterior podemos tener la expresión del par de arranque en términos del par a plena carga. Ahora, en el momento del arranque, la tensión por fase se reduce a xV1la corriente de arranque por fase también se reduce a xIs. Al sustituir el valor de Is como xIs en la ecuación 1. Tenemos
Esto muestra la variación del par de arranque con el valor de x. Ahora hay algunas consideraciones sobre este método. Si añadimos una resistencia en serie, las pérdidas de energía se incrementan, por lo que es mejor utilizar un reactor en serie en lugar de una resistencia, ya que es más eficaz para reducir el voltaje, sin embargo, el reactor en serie es más costoso que la resistencia en serie.
Método de arranque del autotransformador
Como el nombre sugiere en este método, conectamos autotransformador entre la fuente de alimentación trifásica y la motor de inducción como se muestra en el diagrama dado:
El autotransformador es un transformador de reducción, por lo que reduce el voltaje de suministro por fase de V1 hasta xV1La reducción del voltaje reduce la corriente de Is a xIs. Después de que el motor alcanza su velocidad normal de funcionamiento, el autotransformador se desconecta y se aplica el voltaje de línea completo. Ahora vamos a derivar la expresión para el par de arranque en términos de par a plena carga para el método de arranque del autotransformador. Tenemos varias cantidades que participan en la expresión para el par de arranque se escriben a continuación:
Definimos Ts como par de arranque
Tf como un par a plena carga
If según la corriente del rotor de fase a plena carga
Is según la corriente del rotor de fase en el momento del arranque
sf como un deslizamiento de carga completa
ss como punto de partida…
R2 como resistencia del rotor
Ws como la velocidad sincrónica del motor
Ahora podemos escribir directamente la expresión para el torque del motor de inducción como
Con la ayuda de la expresión anterior, escribimos la relación entre el par de arranque y el par a plena carga como
Aquí hemos asumido que la resistencia del rotor es constante y no varía con la frecuencia de la corriente del rotor. A partir de la ecuación anterior podemos tener la expresión del par de arranque en términos del par a plena carga. Ahora, en el momento del arranque, la tensión por fase se reduce a xV1la corriente de arranque por fase también se reduce a xIs. Al sustituir el valor de Is como xIs en la ecuación 1. Tenemos
Esto muestra la variación del par de arranque con el valor de x.
Método de arranque estrella-triángulo
El diagrama de conexión se muestra a continuación para el método de estrella-delta,
Este método se utiliza para los motores diseñados para funcionar en bobinas conectadas en delta. Los terminales están marcados para las fases del estator que se muestran arriba. Ahora veamos cómo funciona este método. Las fases del estator se conectan primero a la estrella con la ayuda de un conmutador de doble polo de triple polo (conmutador TPDT) en el diagrama, la posición se marca como 1, después de esto cuando se alcanza la velocidad de estado estacionario el conmutador se lanza a la posición 2 como se muestra en el diagrama anterior.
Ahora analicemos el funcionamiento del circuito anterior. En la primera posición los terminales del motor están en cortocircuito y en la segunda posición del diagrama los terminales a, b y c están respectivamente conectados a B, C y A. Ahora derivemos la expresión para el par de arranque en términos de par a plena carga para el método de arranque estrella-triángulo. Tenemos varias cantidades que participan en la expresión para el par de arranque se escriben a continuación
Tf como un par a plena carga
Ts como par de arranque
If según la corriente del rotor de fase a plena carga
Is según la corriente del rotor de fase en el momento del arranque
sf como un deslizamiento de carga completa
ss como punto de partida…
R2 como resistencia del rotor
Ws como la velocidad sincrónica del motor
Ahora podemos escribir directamente la expresión para el torque del motor de inducción como
Con la ayuda de la expresión anterior, escribimos la relación entre el par de arranque y el par a plena carga como
Aquí hemos asumido que la resistencia del rotor es constante y no varía con la frecuencia de la corriente del rotor. Supongamos que el voltaje de línea es Vl entonces la corriente de arranque por fase cuando se conecta en posición estelar es Iss que está dada por
Cuando el estator está en posición delta conectada tenemos corriente de arranque
De la ecuación anterior tenemos
Esto demuestra que el método de voltaje reducido tiene la ventaja de reducir la corriente de arranque, pero la desventaja es que todos estos métodos de voltaje reducido causan la reducción objetable del par de arranque.
Métodos de arranque de los motores de rotor herido
Podemos emplear todos los métodos que hemos discutido para el arranque del motor de inducción de jaula de ardilla para poner en marcha los motores de rotor bobinado. Discutiremos el método más barato de arrancar el motor de rotor bobinado aquí.
Adición de resistencias externas en el circuito del rotor
Esto disminuirá la corriente de arranque, aumenta el par de arranque y también mejora la factor de potencia. El diagrama de circuito se muestra a continuación: En el diagrama de circuito, los tres anillos colectores mostrados están conectados a los terminales del rotor del motor de rotor bobinado. En el momento del arranque del motor, todo el sistema externoresistencia se añade en el circuito del rotor. Entonces la resistencia del rotor externo se reduce en pasos a medida que el rotor acelera, sin embargo el par motor permanece al máximo durante el período de aceleración del motor. En condiciones normales, cuando el motor desarrolla un par de carga, la resistencia externa se elimina.
Después de completar este artículo, podemos comparar el motor de inducción con el motor síncrono. La comparación entre el motor de inducción y el motor síncrono está escrita a continuación,
(a) El motor de inducción siempre funciona con un factor de potencia de retardo mientras que el motor sincrónico puede operar tanto en el factor de potencia retardado como en el principal.
(b) En un motor de inducción el valor del par máximo es directamente proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación, mientras que en el caso de una máquina síncrona el par máximo es directamente proporcional a la tensión de alimentación.
(c) En un motor de inducción podemos controlar fácilmente la velocidad mientras que con un motor sincrónico, en condiciones normales no podemos controlar la velocidad del motor.
(d) El motor de inducción tiene un par de autoencendido inherente mientras que el motor síncrono no tiene un par de autoencendido inherente.
(e) No podemos usar el motor de inducción para mejorar el factor de potencia del sistema de suministro mientras que con el uso del motor sincrónico podemos mejorar el factor de potencia del sistema de suministro.
(f) Es una máquina de excitación simple, lo que significa que no se requiere una excitación de corriente continua, mientras que el motor sincrónico es de doble excitación, lo que significa que se requiere una excitación separada de corriente continua.
(g) En caso de motor de inducción al aumentar la carga la velocidad del motor disminuye mientras que con la velocidad del motor síncrono se mantiene constante.
