Este procedimiento de frenado se obtiene separando el motor de la red de corriente alterna y conectando dos bornes de su estator sobre una fuente de corriente continua. Siguen siendo válidas todas las consideraciones expuestas sobre este mismo tema y referidas a los motores de rotor en cortocircuito. Pero, además, sucede que los motores con rotor bobinado  permiten, entre ciertos límites, elegir la velocidad más apropiada para un par de frenado determinado.

La potencia disipada en forma de calor en las resistencias rotóricas es moderada. Si se tiene en cuenta que un frenado a contracorriente, la potencia rotórica durante el frenado y que debe disiparse, es prácticamente igual a la potencia nominal del rotor, advertiremos que en el frenado por inyección de corriente continua, las dimensiones de las resistencias rotóricas pueden redu cirse considerablemente, lo que significa una importante ventaja en este procedimiento de frenado.

Generalmente, el valor de la intensidad de corriente continua inyectada al estator, está determinada por las condiciones más desfavorables, es decir, motor caliente y tensión de la red a su más bajo valor.  Por lo tanto, resulta una sobreintensidad cuando el motor está frío y la red sometida a sobretensión.

Cuando se trata de mando manual, es aconsejable prever un dispositivo temporizador, que corte el frenado después de un tiempo predeterminado. En efecto, si el dispositivo de maniobra se dejara indefinidamente en posición de frenado, el motor y su fuente de corriente sufrirían un calentamiento excesivo, que podría conducir a su destrucción; ninguna circunstancia revelaría este peligro, ya que la máquina permanecería en reposo.

 

FRENADO POR AUTOEXCITACIÓN DE CORRIENTE CONTINUA

En el frenado por inyección de corriente continua el estator actúa como excitatriz y el rotor como alternador. Parece convenient e utilizar esta tensión rotórica alterna y rectificarla para alimentar al estator, realizando de esta forma un frenado por autoexcitación.

Siguiendo este procedimiento de frenado se ha diseñado el esquema de la Fig. 5.17, que corresponde a un equipo de elevación con frenado durante el descenso y que permite una velocidad reducida y estable. El rectificador debe soportar permanentemente una intensidad de corriente rotórica próxima a la corriente nominal del motor, con importantes puntas de corriente y de tensión en los momentos de cambio de acoplamiento.

En ascenso o en descenso lanzado se cierra el contactor c2 y el motor arranca en el momento de la puesta bajo tensión de c1 (ascenso) o de c11 (descenso); las resistencias rotóricas se cortocircuitan progresivamente por medio de los contactores c21 a c24.

En descenso frenado, los contactores c1  y c11 están en reposo; el motor está desconectado de la red, el contactor c2 está abierto y las resistencias de arranque están desconectadas del circuito. Los co ntactores c3 y c31 unen el rotor con el estator, a través del equipo rectificador, permitiendo de esta forma  un autocebado del sistema de frenado. Para facilitar y acelerar el cebado un pequeño transformador TR suministra una corriente de aportación. Una resistencia R1 limita la corriente y protege el transformador en caso de fluctuaciones de la tensión rotórica.

Las resistencias shuntadas por c32, c33 y  c34 permiten regular la velocidad deseada durante el frenado. Si el motor funciona a par constante, las intensidades de corriente estatórica y rotórica son también constantes. A un aumento de la resistencia de frenado corresponde una elevación de la tensión rotórica y la velocidad de régimen.

Las ventajas de este procedimiento son importantes. En primer lugar se puede obtener una velocidad de frenado lenta, de valor inferior a la décima parte de la velocidad nominal e independiente del par de arrastre. Las velocidades intermedias tienen también una estabilidad muy aceptable. Para pequeños pares de arrastre, el motor arranca sin lanzamiento previo, además, el par desarrollado al principio del frenado del motor lanzado es muy importante, porque la tensión rotórica es muy elevada. Esta precaución está automáticamente asegurada por el presente equipo de forma independiente de la maniobra del operario.

Esquema explicativo de un equipo para el frenado por autoexcitación de corriente

continua, de un motor trifásico asíncrono, con rotor bobinado

 

Finalmente, las corrientes en el estator y en el rotor no son elevadas y se ajustan al valor del par de arrastre que se pretende equilibrar. Para utilizar el frenado por autoexcitación en un motor con rotor bobinado, es necesario que las corrientes nominales esta tóricas y rotóricas sean comparables. A veces resulta ventajoso invertir el funciona miento, es decir, rectificar la corriente estatórica si esta es elevada e inyectarla al rotor. Los resultados obtenidos son totalmente comparables.

 

 

 

FRENADO DE MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS CON ROTOR BOBINADO

Lo mismo que sucede con los motores de  rotor en cortocircuito, en muchas aplicaciones de los motores de rotor bobinado, resulta necesario disponer de un dispositivo que permita frenar el motor en un momento determinado.

Los procedimientos de frenado más empleados en este tipo de motores son:

•  Frenado por electrofreno.

•  Frenado hipersíncrono.

•  Frenado a contracorriente.

•  Frenado por inyección de corriente continua.

•  Frenado por autoexcitación de corriente continua.

•  Frenado por alimentación desequilibrada.

En la Fig. se observa las partes del  rotor y estator del motor de rotor bobinado.

 

 

FRENADO POR ELECTROFRENO

En este caso es valido todo lo mencionado  sobre el tema en los motores de rotor en cortocircuito.

FRENADO HIPERSÍNCRONO

Cuando un motor asíncrono funciona a una velocidad mayor que la sincrónica (funcionamiento hipersíncrono), el motor funciona como generador asíncrono, oponiendo un par de frenado. Esto sucede, por ejemplo, en el movimiento de descenso de una carga en que, además de la velocidad propia del motor de accionamiento, interviene la aceleració n de la gravedad: como consecuencia, la carga puede llegar a alcanzar una velocidad superior a la de sincronismo. También sucede esta circunstancia cuando, durante una regulación de velocidad, se pretende pasar de una velocidad elevada, a otra velocidad mucho menor. En estos casos, se regula el frenado mediante las  resistencias rotóricas. Este procedimiento de frenado es muy utilizado en las máquinas de elevación; por el contrario, su empleo es poco frecuente en el accionamiento de las máquinas herramientas.


FRENADO A CONTRACORRIENTE

 

Al igual que el motor de rotor en cortocircuito, este procedimiento de frenado consiste en invertir la alimentación de dos fases del devanado del estator, cuando el motor está ya lanzado. El par de frenado puede ajustarse modificando el valor de las resistencias rotóricas: en el momento de frenado, basta con descortocircutar una parte o la totalidad de las resistencias rotóricas, para limitar la intensidad de corriente. En la mayoría de los casos, se elige un par de frenado comparable al par de arranque. De ninguna forma, debe acoplarse a contracorriente un motor cuyos anillos están en cortocircuito, porque la intensidad de corriente en el rotor resultaría demasiado elevada y podría averiar seriamente los anillos y las escobillas. Es decir que, en el momento de la inversión de  las conexiones del estator, es necesario intercalar en el rotor una resistencia elevada que se va disminuyendo a medida que lo hace la velocidad.

Al principio del proceso de frenado, el deslizamiento se hace sensiblemente igual a 2 y la tensión rotórica es casi el doble de la medida cuando el motor está parado. Esta circunstancia obliga a tomar precauciones  especiales para el aislamiento de la aparamenta y de los bancos de resistencias rotóricas.

En las Figuras  se representa el esquema explicativo de un equipo para el frenado a contracorriente, suponiendo un solo sentido de giro del motor. Como puede apreciarse, el circuito de potencia es semejante al de un motor para dos sentidos de giro y arranque por resist encias rotóricas, con el cortocircuito automático de éstas.

 

En el circuito de mando, basta con añadir  los contactores para cortocircuitar las resistencias rotóricas, a medida que transcurre el proceso de frenado.

 

En las Figuras se representa el esquema explicativo de un equipo para el frenado a contracorriente, suponiendo dos sentidos de giro para el motor. Nótese que el circuito de potencia es semejant e al de la Fig. 5.13 (un solo sentido de giro); lo que sucede es que, en esta ocasión, cada uno de los contactores del inversor actúa como contactor de frenado, cuando el otro contactor del inversor actúa en marcha normal. Por ejemplo, cuando el motor gira a izquierdas, se obtiene la parada mediante la acción del frenado, por accionamiento del pulsador de marcha a derechas.

 

 

 

 

 

 

 

GLOSARIO

 

Aparato Conjunto organizado de piezas que cumple una función

determinada dentro de un circuito eléctrico.

Aparato de mando Aparatos operados en forma manual que, incluidos en los

circuitos auxiliares, permiten comandar los aparatos de

maniobra dispuestos en el circuito principal.

Arrancador Combinación de todos los aparatos requeridos para el

arranque y la parada de un motor eléctrico en relación con

una protección contra sobrecarga apropiada.

Corriente Asignada Corriente para la cual son diseñados los aparatos de

maniobra.

Dispositivo de Dispositivo que hace que la operación de un aparato de

enclavamiento maniobras depende de la posición o el efecto de uno o más

componentes de una instalación.

Tiempo de arranque Tiempo que se extiende desde la conexión hasta que el motor

alcanza la velocidad de régimen.

Autotransformador de Se utiliza para implementar un arranque suave de motor con

arranque jaula de ardilla. El autotransformador con una relación

adecuada reduce la tensión en bornes del motor durante el

arranque.

Contacto Estado en el que dos partes conductoras destinadas a esta

función, se unen con determinada fuerza y permiten el paso

de una corriente eléctrica.

Contacto auxiliar Contacto dispuesto en un circuito auxiliar. Según su función

de operación puede ser Normalmente Cerrado (NC),

Normalmente Abierto (NA), Inversor (I) o de paso.

Relé temporizador Aparato de maniobra con retardo de tiempo electrónico o

electromecánico que, una vez que transcurrió un tiempo

ajustado, cierra y/o abre sus contactos.

Tensión de servicio Tensión o voltaje verificado “in situ” entre los conductores

que alimentan un aparato o instalación eléctrica.

 

 

 

 

SISTEMAS DE FRENADO

 

INTRODUCCIÓN

Si un motor eléctrico se desconecta de la línea de alimentación, debido a la inercia, éste tarda algún tiempo en detenerse e, incluso,  puede acelerarse o empezar a girar en sentido contrario después de parado, debido al peso  de la carga, como en los casos de grúas puente, montacargas, ascensores, etc.

Cuando por necesidad del sistema o máquina acoplada a un motor se desea que ésta pare inmediatamente después de desconectar el motor de la línea de alimentación, o bien que se pueda disminuir su velocidad, se recurre a algún tipo o sistema de frenado que haga esto posible.

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FRENADO DE MOTORES TRIFÁSICOS ASÍNCRONOS CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO

En numerosas aplicaciones de los motores trifásicos asíncronos de rotor en cortocircuito, es necesario disponer de un sistema seguro que permita frenar el motor en un momento determinado; es decir, es necesario disponer de un par de frenado. Esto sucede, por ejemplo, en máquinas herramientas donde la precisión del trabajo o la seguridad del personal exigen un rápido bloqueo de la máquina accionada y también durante la operación de ascensores.

Los procedimientos más empleados para frenar  los motores trifásicos asíncronos son los siguientes:

ƒ  - Frenado por electrofreno.

ƒ  - Frenado a contracorriente.

ƒ  - Frenado por inyección de corriente continua.

 

 


FRENADO POR ELECTROFRENO

Para el frenado de los motores trifásicos asíncronos, se utilizan tres tipos de frenado por electrofreno que se basan en un sistema de plato móvil solidario al eje del motor, y de unas zapatas o bandas de frenado que actúan sobre él:

ƒ  - Freno por electroimán.

ƒ   -Freno electrohidráulico.

ƒ   -Freno incorporado en el motor.

En los dos primeros casos de los frenados indicados, el plato esta fijo al eje del motor y las zapatas son accionadas, bien sea por un electroimán o un accionamiento electrohidráulico; mientras que en el caso  de freno incorporado en el motor, es el plato el que se desliza y presiona contra la banda de frenado al desconectar el motor de la línea de alimentación.

 

 

FRENO POR ELECTROIMÁN

Este tipo de freno, consiste en un electroimán que puede ser monofásico o trifásico, que se conecta de forma que cuando el motor esté girando, el electroimán está excitado y mantiene abiertas las zapatas de frenado, permitiendo que el eje del motor gire  libremente. Cuando se desconecta el motor de la línea de alimentación, el electroimán también se desexcita y las zapatas, por mediación de uno s resortes antagonistas presionan sobre el plato, que está fijo al eje del motor, parándose éste instantáneamente.

Este tipo de frenado es muy rápido y eficaz; se puede emplear para máquinas de pequeña y mediana potencia, ya que en máquinas de gran
potencia, el volumen y el consumo que ha de tener el electroimán lo hace inviable.

FRENO ELECTROHIDRÁULICO

Este sistema de frenado se diferencia del anterior, en que las zapatas son accionadas por un elemento complejo formado por un motor
asíncrono, una bomba de rodete y un cilindro hidráulico.
Al energizar el motor principal, también se energiza el motor del sistema de frenado quien hace girar el rodete de la bomba y ésta manda aceite
al cilindro, que eleva su pistón y vástago. Al elevarse el vástago del cilindro, mueve una palanca que acciona las zapatas de frenado, de tal
forma que libera el plato del freno y el motor principal pueda girar libremente.
Cuando se corta la energía al motor principal también se desconecta el motor del freno, descendiendo el pistón y vástago del cilindro ayudado
por un resorte antagonista, con lo cual las zapatas presionan el plato del freno y el rotor del motor principal queda frenado instantáneamente. Al
bajar el pistón del cilindro, el aceite regresa al depósito, bien sea directamente o a través de una válvula de retorno.
La ventaja más significativas de este tipo de frenado con respecto al de electroimán, son su trabajo suave y silencioso, así como su seguridad de
servicio y bajo consumo, por lo que puede ser empleado en todo tipo de motores, principalmente en los de mediana y gran potencia.

FRENO INCORPORADO EN EL MOTOR
En este tipo especial de motores, el rotor que es de cortocircuito, es ligeramente troncocónico y está desplazado un poco con respecto al
núcleo del estator, por medio de un resorte. En el extremo del eje, contrario al de acoplamiento, se coloca un plato, también de forma
ligeramente troncocónico, que al ser desplazado por el resorte del rotor presiona contra una banda de frenado que lleva interiormente la carcasa
del rotor.
Cuando el motor no está conectado a la línea de alimentación siempre está frenado, debido al empuje del resorte que presiona el plato contra
la banda de frenado; por el contrario, al energizar el motor, los campos magnéticos del estator y el rotor obligan a este último a centrarse con el
primero, dando lugar a un pequeño desplazamiento del rotor que girará libremente, como consecuencia de la liberación del freno.
Este tipo de motores, aunque más caro que los de construcción normal, se suele emplear en máquinas herramientas, elevadores y cualquier otra
máquina de pequeña potencia que requiera un frenado rápido.

 

 

 

 

 

 

 

 

ARRANCADOR PARA MOTOR DE ANILLOS ROZANTES

 

ARRANQUE ROTÓRICO CON RESISTENCIAS

Este tipo de arranque consiste en instalar  resistencias en el circuito del rotor del motor.

A diferencia de los arrancadores estatóricos, el torque de arranque es proporcional a la corriente tomada de la red. El número de escalones o pasos del arrancador está determinado por la corriente de arranque transitoria máxima admisible y por las características del motor.

 

 

 

Funcionamiento

-   El pulsador S1Q acciona el contactor K1M y el motor empieza a funcionar con todos los grupos de resistencias conect adas con el rotor. El contactor K1M cierra el contacto de retro alimentación 13-14 y éste conecta el relé temporizado K1T.

-   Transcurrido el tiempo, K1T/17-18 conduce la tensión a K11A. El contactor escalonado K11A desconecta el escalón de arranque R1A y a través de K11M/13-14 lanza el temporizador K2T.

-   La secuencia anterior se repite K12A, K2T, K13A y K3T.

-   El contactor de escalón final se enclava a través de K13A/13-14, desconectando a través de K13A los  contactores escalonados K11A y K12A, además de los temporizadores K1T, K2T y K3T. El contactor de escalón final K13A cortocircuita los anillos rozantes del rotor; el motor gira con velocidad asignada.

-   Al igual que en la mayoría de los casos anteriores, la desconexión se efectúa mediante el accionamiento del pulsador de parada S0Q o por la acción de el dispositivo de protección F2F.

 

 

Aparato de mando

S0Q Parada : 01 1NC (Un contacto normalmente cerrado)

S1Q Marcha : 10 1NA (Un contacto normalmente abierto)

K1M  : 11 (1NA + 1NC)

K11A : 22 (2NA + 2NC)

K12A : 22 (2NA + 2NC)

K13A : 22 (2NA + 2NC)

K1T  : 11 (1NA + 1NC)

K2T  : 11 (1NA + 1NC)

K3T  : 11 (1NA + 1NC)

F2F  : 01 (1NC)

F3F  : I según la potencia de la bobina K1M + K13A +K3T

 

 

Aplicaciones

Máquinas de arranque en carga, de arranque progresivo.

Grúas.

Puentes grúa.

Ascensores.

Montacargas.

Maquinaria para imprimir papel.

Compresores de pistón.

Bombas volumétricas.

Cizallas.

Maquinas trituradoras, etc.

 

 

 

 

 

 

ARRANQUE ESTATÓRICO CON AUTOTRANSFORMADOR

Este tipo de arranque se usa cuando se desea reducir la corriente transitoria de arranque y de régimen procedente de la red a niveles más bajos que el arranque con resistencias estatóricas pero con el mismo par de arranque.

Al motor se le alimenta a través de un autotransformador, con una tensión reducida de aproximadamente 70% de la tensión asignada de empleo. De este modo la corriente se reduce a la mitad de la intensidad de arranque transitoria en la conexión directa.

 


Funcionamiento
Las figuras nos muestran los circuitos para este arranque. A continuación describimos su modo de operación:
-   Al accionar el pulsador S1Q se conectan el temporizador K4T y la bobina del contactor K1A, que nos conecta el prim ario del autotransformador a la red y el secundario, a través del contactor K3A, lo conecta al motor, con lo que este arranca a tensión reducida.
-   Transcurrido el tiempo de temporización de K4T, este desconecta K1A y conecta K2M. Además K2M desconecta  K3A y el motor funciona en régimen normal de plena marcha.
Sólo será posible un nuevo arranque si se acciona el pulsador S1Q o disparan los dispositivos de protección F2F.
Aplicaciones
Máquinas de fuerte potencia o de fuerte inercia en los casos donde la reducció de la punta de intensidad es un criterio importante.

ARRANCADORES A TENSIÓN REDUCIDA

ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO

Este arranque sólo puede ser aplicado a los motores donde los dos extremos de los tres devanados del estator tengan salidas sobre la placa de bornes y donde el acoplamiento en triángulo corresponda a la tensión de la red (ejemplo: para red 380V, es preciso un motor 380V∆ /660V Υ).

Este procedimiento consiste en arrancar el motor conectando sus devanados en estrella. Estos se encuentran alimentados con una tensión igual a la tensión de la red dividida por  3  o sea un 58% de la tensión nominal.

El par se reduce con relación al cuadrado de la tensión de alimentación y es igual a un tercio del par proporcionado por un motor de arranque directo. La corriente en la línea se reduce en la misma proporción.

En el segundo tiempo, se suprime el acoplamiento en estrella y se acoplan los devanados en triángulo. Cada devanado está alimentado con la tensión de la red; el motor recupera sus características naturales.

El par motor es pequeño durante todo el acoplamiento “estrella” y la velocidad estabilizada al final de este tiempo, puede ser muy baja si el par resistente es elevado.

Aparecen entonces puntas importantes de corriente y de par al pasar de estrella a triángulo. A partir de cierta potencia es  aconsejable, bien renunciar al acoplamiento estrella triángulo o bien utilizar una variante que permita limitar los fenómenos transitorios.

La In es la que nos da el fabricante para la tensión más baja de la placa de características. Por ej., motor 10 HP, 220/380V, intensidad a 220V: 25,7 A ,intensidad a 380V: 14,9 A. Debemos consider ar para el dimensionado el valor de la In = 25,7 A, ya que es en la conexión triángulo cuando este motor desarrolla su potencia nominal.

Funcionamiento

-   El pulsador S1A acciona el temporizador K4T y el contactor estrella K2M.

-   K2M se excita y aplica tensión al contactor de red K1M a través de su contacto auxiliar K2M/13-14.

-   K1M se enclava a través de sus contactos auxiliares K1M/13-14 y 43-44.

-   K1M conecta al motor M1 en estrella.

-   Después de transcurrido el tiempo ajus tado en K4T, se abre el circuito de K2M.

-   A los 50 ms se cierra el circuito K3M. El contactor K2M se desexcita.

-   K3M se excita y conecta al motor M1 a la tensión plena de la red.

-   Simultáneamente, el contacto NC K3M/21-22 secciona el circuito K2M, evitando la reconexión en estrella.

-   Solamente será posible un nuevo arranque si se ha producido la desconexión: con el pulsador S0A o por sobrecarga, a través del contacto NC

del relé térmico F2F/95-96.

Aplicaciones

Máquinas arrancando en vacío.

Ventiladores y bombas centrífugas de pequeña potencia.

ARRANQUE ESTATÓRICO CON RESISTENCIAS

El objetivo de intercalar resistencias de uno o varios escalones es reducir la corriente transitoria y el torque durante el arranque.

En el caso de arrancadores con un escalón, la corriente transitoria puede ser hasta tres veces la intensidad asignada del motor. En los arrancadores de varios escalones, las resistencias pueden diseñarse para obtener corrientes transitorias que sean solo de 1,5 a 2 veces la corriente asignada; sin embargo el torque será bastante reducido.

Veamos la figura siguiente que grafica lo explicado anteriormente:

Funcionamiento

-   El pulsador S1Q acciona al contactor K1M y al temporizador K3T.

-   El motor se encuentra conectado a la red con resistencia: R1A.

-   De acuerdo al ajuste de tiempo, el contacto NA K3T/17-18 excita la bobina del contactor K2A.

-   K2A puentea el escalón de arranque R1A y el motor gira con la velocidad asignada.

-   La parada se efectúa mediante el pulsador S0Q, y en caso de sobrecarga con el contacto NC/95-96 del relé térmico F2F.

Aplicaciones

Máquinas de fuerte inercia:

Compresores de refrigeración.

Maquinaria para la madera.

Máquinas tensoras.

Ascensores.

Escaleras automáticas, etc.

 

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