EcuRed - Contribuciones del colaborador [es]

Transformador

2019-05-08T18:19:01Z

Ventosa: /* Introducción */

{{Definición
|nombre= Transformador
|imagen= Transformador1234.jpg‎|250px
|concepto= Dispositivo que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.
}}
<div align="justify">
'''Transformador'''. Se denomina transformador o trafo (abreviatura), a un [[Dispositivo eléctrico]] que convierte la [[Energía eléctrica alterna]] de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. La [[Potencia]] que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

== Introducción ==

En la [[Electrotecnia]] y la [[Radiotecnia]] los transformadores encuentran una amplia utilización. Ellos sirven para la transformación del tensión de la corriente eléctrica alterna, manteniendo la frecuencia. Como regla, los transformadores tienen al menos dos devanados ubicados en un núcleo de material [[Ferromagnético]], por ejemplo de acero electrotécnico blando, en forma de columnas.

== Principio de funcionamiento ==

Uno de los devanados, denominado primario (ω1), se conecta a la fuente de corriente alterna cuyo voltaje se necesita variar. La corriente del devanado primario crea en el núcleo un flujo magnético alterno Φ, que se expresa en Weber (Wb). El núcleo del transformador se fabrica formando un circuito cerrado de manera que el flujo en todo su recorrido cruce por dentro del mismo y no se disperse. El flujo magnético variable Φ induce en el devanado secundario ω2 una fuerza electromotriz (FEM) variable, cuyo valor depende del número de vueltas de este devanado y de la velocidad de variación del flujo magnético, según establecen las leyes de la inducción electromagnética.

== Clasificación de los transformadores ==

Se denomina con este nombre al aparato eléctrico cuya función es convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa.

=== Según sus aplicaciones: ===

*Transformador de aislamiento: Suministra el aislamiento galvánico entre el alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o señal "flotante". Su relación es 1:1.
*Transformador de alimentación. Estos poseen uno o varios alambres secundarios y suministran las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme.
*Transformador trifásico. Poseen un trío de bobinados en su primario y un segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o triángulo (∆), sus mezclas pueden ser: ∆-∆, ∆-Y, Y-∆ y Y-Y. A pesar de tener una relación 1:1, al pasar de ∆ a Y o viceversa, las tensiones se modifican.
*Transformador de pulsos: Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos debido a su rápida respuesta.
*Transformador de línea o flyback: Estos son transformadores de pulsos. Con aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Entre otras propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo.
*Transformador con diodo dividido: Su nombre se debe a que está constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
*Transformador de impedancia: Usado como adaptador de antenas y líneas de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
* Transformador Electrónico: Se caracteriza por ser muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un Corrector de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.
*Transformador de Potencia: Son los utilizados en las redes de transmisión y distribución para suministrar energía eléctrica, tienen potencias mayores a 1000 kVA y tensiones superiores a 1000 voltios.
*Transformador de Distribución: Son los utilizados en las redes de eléctricas de distribución para suministrar energía eléctrica directamente a los usuarios, comúnmente están en los postes cercanos a las casas e industrias, tienen potencias entre 5 y 1000 kVA y las tensiones primarias son mayores a 1000 voltios y por el secundario son de 120 V; 240 V y 480 V.

=== Según su construcción: ===

*Transformador de grano orientado, Auto transformador. El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.
*Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
*Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de hierro de grano orientado, que se envuelve en si misma, siempre con la misma dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las perdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados, pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son destinados.<br>

== Transformador elevador o reductor. Potencia activa ==

Si el devanado secundario ω2 tiene mayor cantidad de vueltas que el devanado primario ω1, entonces el voltaje secundario U2 resulta mayor que el voltaje primario U1 y el transformador se denomina elevador. En caso contrario el transformador se denomina reductor.

La potencia activa de la corriente en el devanado secundario P2 casi iguala a la potencia de la corriente en el devanado primario P1, debido a que las pérdidas de energía en un transformador son pequeñas. La potencia activa es el producto del voltaje por la corriente del devanado y se expresa en Watt (W).

Por eso, con el aumento del voltaje en un transformador al mismo tiempo ocurre una disminución de la corriente y viceversa, manteniéndose casi invariable el producto de la corriente por el voltaje, o sea, la potencia. Por ejemplo, si en un transformador el devanado primario tiene un voltaje de 200 V y una corriente de 1 A, entonces la potencia del primario será de 200 . 1= 200 W. Si el transformador reduce el voltaje en cuatro veces, entonces el voltaje secundario será de 50 V y la corriente crece en cuatro veces y será de 4A.

Como resultado la potencia secundaria será de 50 . 4= 200 W. En realidad en cualquier transformador la potencia secundaria es siempre algo menor que la primaria, ya que se producen pérdidas de energía debido al calentamiento de los devanados y del núcleo por la magnetización y las corrientes parásitas. Sin embargo, para los transformadores la eficiencia (η), la cual se calcula como la relación entre las potencias secundaria y primaria, es bastante alta. Para transformadores de gran potencia este parámetro puede ser de 99 % y superior; mientras que para los transformadores de mediana y pequeña potencia tiene un valor entre 80 y 90 %.

== Referencias ==

* Ayllón Fandiño, E. ([[1987]]). Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos II. La Habana, Pueblo y Educación.
* Bessonov, L. A. ([[1984]]). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.
* Evdokimov, F. E. ([[1981]]). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.
* Kasatkin, A. S., Nemtsov, M. V. ([[1983]]). Electrotejnika. Moscú, Energoatomizdat.
* Kerchner, R. M., Corcoran, G.F. ([[1975]]). Circuitos de corriente alterna. La Habana, Pueblo y educación.
* Neiman, L. R., Demirchian, L. R. ([[1981]]). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Leningrado, Energoizdat.
* Zeveke, G. V. ([[1979]]). Analysis and synthesis of electric circuits. Moscú, Mir.<br>

== Fuente ==

* [http://www.arqhys.com/construccion/transformadores-tipos.html_Tipos_de_Transformadores_(www.arqhys.com) www.arqhys.com]

[[Category:Ingeniería_y_tecnología_eléctricas]]
[[Category:Aplicaciones_eléctricas]]

Motor eléctrico

2016-08-17T14:37:07Z

Ventosa:

{{Definición
|Nombre= Motor eléctrico
|imagen= motores_AC.jpg
|Descripción= [[Máquina]] que transforma energía eléctrica en mecánica.
|concepto=
}}
<div align="justify">

''' Los Motores Eléctricos'''. Máquinas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica por medio de inducción electromagnética. Algunas de las máquinas eléctricas son reversibles, pueden transformar [[energía mecánica]] en [[energía eléctrica]] funcionando como generador. Son ampliamente utilizados en servicios básicos fabriles y productivos. Pueden funcionar conectados a una red de [[suministro eléctrico]] o a [[baterías]].

==Principio de funcionamiento==

El funcionamiento de los motores se basa en el magnetismo teniendo en cuenta que cuando circula corriente por un conductor crea un [[campo magnético]], además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Se basan en el mismo principio de funcionamiento los motores de corriente alterna y los de corriente continua, el cual establece que si un conductor por el que circula una [[corriente eléctrica]] se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

Tendiendo a funcionar el conductor como un [[electroimán]] debido a la [[corriente eléctrica]] que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

==Motores de corriente continua (CC)==

[[Image:Coriente_continua_.jpg‎|right|thumb|150x150px| Motor de corriente continua (CC)]]
Las máquinas de corriente continua transforman la [[energía mecánica]] en [[Energía_Eléctrica]] de corriente continua, o viceversa, se les llama [[Generador Eléctrico|generadores]] o motores respectivamente, están esencialmente constituidas por una parte fija, que produce el flujo de inducción, llamada inductor y otra parte giratoria, que contiene el arrollamiento en el cual se produce la f.e.m. inducida o contra f.e.m., llamada inducido o armadura. La parte giratoria incluye el colector (rectificador u ondulador mecánico) componente esencia para el funcionamiento de la máquina.
Esta máquina son unas de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y [[velocidad]] la han convertido en una de la mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria.
A pesar de esto los motores de [[corriente]] continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia como son [[tren]]es, [[barco]]s y aviones, o de precisión como máquinas herramientas, micro motor y [[Nave Espacial|naves espaciales]].
La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga así como hacerlo reversible pero su principal inconveniente radica en el mantenimiento que se hace muy caro y laborioso.
Los motores de corriente continua se clasifican en:
*[[motor serie]]
*[[motor compound]]
*[[motor shunt]]
*[[motor imán permanente]]
*[[motor excitación independiente]]

==Motores de corriente alterna (C.A).==

===Asincrónico o de inducción===

Los motores asincrónico o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

===Rotor jaula de ardilla===

Un rotor de jaula de [[ardilla]] es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla".

====Motores monofásicos====
*[[Motor de marcha]].
*[[Motor de doble capacitor]].
*[[Motor polo sombra]].
*[[Motor de arranque a resistencia]].
*[[Motor de arranque a condensador]].

====Motores trifásicos====
[[Image:Fotos_partes_motor_trifasic.jpg‎|right|thumb|150x150px| Motor de corriente alterna trifásico de rotor jaula de ardilla(CA)]]

Motor de Inducción a tres fases
La mayoría de los [[motores trifásicos]] tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en delta. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por [[raíz]] de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.

===Rotor devanado===

El [[rotor bobinado]], como su nombre lo indica, lleva unas [[bobina]]s que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas [[escobilla]]s se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en [[corto circuito]] al igual que el eje de jaula de ardilla.

====Monofásicos====
*[[Motor universal]]
*[[Motor de Inducción-Repulsión]].
*[[Motor de fase partida]]
*[[Motor por reluctancia]]
*[[Motor de polos sombreados]]

====Trifásico====
*[[Motor de rotor devanado]].
*[[Motor asincrónico]]
*[[Motor sincrónico]]

==Fuentes==
*Artículo disponible en [http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htm tuveras.com]
*Artículo disponible en [http://www.tuveras.com/.../motorasincrono1.htm tuveras.com]
*Artículo disponible en [http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml monografias.com]
*Artículo disponible en [http://www.weg.net/mx/Productos-y-Servicios/Motores/Motores-Electricos-Monofasicos weg.net]

[[Category:Electricidad]] [[Category:Motores_eléctricos]]

Protección de motores eléctricos

2014-01-29T15:04:25Z

Ventosa:

{{Desarrollo}}
{{Definición
|nombre= Protección de motores eléctricos
|imagen=Grundfos_foto_MP204.gif
|tamaño=
|concepto=
}} <div align="justify">
'''Protección de motores eléctricos'''.
Se realiza a través de dispositivos que aseguran la desconexión oportuna de los [[Motor eléctrico|motores eléctricos]] de la red ante la ocurrencia de alteraciones del régimen normal de trabajo, con el fin de evitar el deterioro del aislamiento del motor, de los devanados y de las conexiones eléctricas.

== Generalidades ==

Durante el funcionamiento de los [[Motor eléctrico|motores eléctricos]] pueden ocurrir diversas alteraciones del régimen normal. Las causas más frecuentes del regímenes anormales del motor son sobrecargas, cortocicuitos, disminución o desaparición de la tensión.
Se llama sobrecarga al aumento de la [[intensidad de corriente]] del motor por encima de la magnitud nominal. Las sobrecargas pueden ser pequeñas y de corta duración. Estas no son peligrosas para el motor y no deben ser objeto de atención en cuanto a la protección se refiere. Pero, si son excesivas y prolongadas, son peligrosas para los devanados del motor, porque la gran cantidad de calor que desprende la corriente puede carbonizar el aislamiento y quemar los devanados.
Son peligrosos también para el motor los cortocircuitos que tienen lugar en sus devanados. La protección de motores contra sobrecargas y cortocircuitos se denomina protección de máxima corriente. La protección máxima se realiza por medio de [[fusibles]], relés de intensidad y relés térmicos. La selección del tipo de dispositivo de protección depende de [[la potencia]], del tipo y del empleo del motor, de las condiciones de arranque y del carácter de la sobrecarga.

== Requisitos para la protección de motores eléctricos ==
En todo circuito ramal de motores deben existir algunos requisitos mínimos para la protección de los motores en baja tensión: [[Archivo:Protección_Motores1.JPG|thumb|center]]
# Seccionamiento. Lo provee un dispositivo que sea capaz de abrir el circuito con indicación visual de ON – OFF. El propósito es garantizar la apertura del circuito ramal con seguridad, para proteger a los usuarios y operadores.
# La Protección Automática contra [[Cortocircuito]]. Se trata de un dispositivo de acción instantánea (magnético o electrónico) capaz de detectar y cortar cualquier corriente superior a la corriente de arranque del motor, la cual puede ser varias veces la corriente nominal, dependiendo de la Letra de Código del motor. Esta puede ser una protección de fusible, bobina magnética o relé electrónico acoplado a un transformador de corriente.
# El Dispositivo para Maniobras. Habitualmente se utilizan [[contactores electromagnéticos]] o arrancadores de compuerta electrónica. Realmente no es una protección, aunque puede soportar las corrientes de arranque. Aunque es para controlar el arranque y parada del motor, de hecho es el dispositivo que abre y cierra el circuito ramal del motor tanto en operación normal como en sobrecarga.
# La Protección contra Sobrecarga. Este dispositivo está llamado a detectar las corrientes de sobrecarga comprendidas por encima de la corriente nominal; pero inferiores a las corrientes de cortocircuito. Aunque sensa también a estas últimas, su accionamiento es retardado y no actúa suficientemente rápido para despejarlas. Esto lo debe hacer la protección de cortocircuito. En este caso suelen utilizarse relés bimetálicos, fusibles de acción retardada y [[relés electrónicos]].
[[Image:Protección Motores 2.JPG|thumb|center]]
Inclusive se han desarrollado dispositivos que son capaces de cubrir todas juntas las exigencias de la norma. Son los llamados protectores integrales o “salva motores”

[[Image:Protección_Motores_3.JPG‎|thumb|center ]]

Modernamente, se fabrican relés o dispositivos electrónicos multifunción para la protección de motores. Los más modernos incorporan puertos de comunicación serial para transmitir en forma digital todos los datos del circuito motor donde están instalados. Los datos se envían a un microprocesador o computador para producir las señales de alarma y acciones correctivas necesarias. Con este tipo de relés pueden detectarse las siguientes condiciones de falla:

'''Temperatura Máxima.'''
El aislamiento es la parte mas vulnerable de los motores. Se afirma que la vida de un motor está en relación directa con la vida de su sistema aislante. Si no se sobrepasa la máxima temperatura que éste puede soportar, el motor podría prestar servicio durante muchos años.

''CLASE DE AISLAMIENTO''

[[Image:Clase_de_Aislamiento.JPG|thumb|right]]

Siendo el calor la principal causa para que un motor se queme, parece lógico que la protección más eficaz, sea precisamente algún dispositivo que permita detectar un incremento de la temperatura en el entorno del devanado.
Los recalentamientos eventuales y más aún los permanentes, disminuyen la vida de un motor. Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.

'''Balance de Fases.'''
Cuando los sistemas de [[tensión]] que alimentan un motor están en desequilibrio, entonces se forman campos magnéticos de secuencia positiva y de secuencia negativa en el estator que determinan torques opuestos sobre el rotor. En esta condición la máquina pierde eficiencia y la energía de pérdida se transforma en mayor cantidad de calor. Esta eventualidad podría preverse mediante dispositivos que impidan el trabajo del motor cuando las tensiones de fase estén fuera del rango prefijado.

'''Single-Phasing.'''
Una condición extrema del desbalance de fases ocurre cuando falta alguna de las fases del [[sistema trifásico]]. Entonces el motor queda conectado monofásicamente pero es incapaz de generar el [[torque]] necesario para vencer la carga mecánica o para arrancar. Entonces, en la máquina de inducción se desplaza el punto de operación hacia la zona de sobrecarga y hasta el mismo punto de quiebre, deteniéndose el [[rotor]] y quedando en operación bajo la condición de rotor bloqueado; que como sabemos, de permanecer allí es la condición más próxima al [[cortocircuito]].

Para esta condición bien podría emplearse un dispositivo que permita sensar la presencia de las tres fases e interrumpir la operación cuando falte alguna de ellas.

'''Rotación del eje.'''
Si el motor está energizado pero el eje no gira, obviamente estará tomando de la red la corriente de arranque (LRA) que como sabemos puede ser varias veces la [[corriente nominal]]. La instalación de un dispositivo que pueda detectar el movimiento del eje, será una protección conveniente.

'''Velocidad de rotación.'''
Un caso complementario de la protección anterior, es la condición de velocidad de rotación. Tanto si el eje no gira como si lo hace a velocidad inferior a la velocidad nominal de plena carga, el punto de operación se desplaza hacia la zona de sobrecarga y puede hacerlo peligrosamente hacia la zona de quiebre quedando bloqueado repentinamente. Aún girando a baja velocidad, el enfriamiento por ventilación se hace ineficaz y la temperatura del arrollado aumentará drásticamente.

'''Vibraciones.'''
Las [[vibraciones mecánicas]] se traducen en cargas sobre el eje que desplazan el punto de operación nominal del motor, con el consecuente incremento de temperatura. Un sistema que permita sensar las vibraciones y que inhiba la operación del motor bajo estas condiciones, sería la protección más recomendable.

'''Nº de arranques y paradas.'''
Los arranques y paradas continuas incrementan el calor acumulado en el arrollado. Los motores europeos se especifican para esta condición; no así los americanos; sin embargo, unos y otros son afectados por el calentamiento acumulado que se produce por esta condición.

Existen dispositivos contadores que pueden impedir el arranque del motor cuando se haya igualado un número prefijado de arranques en un lapso temporal determinado.

'''Humedad en el aislamiento.'''
Uno de los factores contaminantes del aislamiento es la humedad. En efecto, la acumulación de humedad facilita las corrientes de fuga a través del [[material aislante]], exponiendo al motor a una condición de falla a tierra, entre fases o al cortocircuito según sea el caso.

Cuando un motor permanece en reposo, su sistema aislante acumula humedad; por lo que la resistencia del aislamiento podría obtener valores muy bajos. En algunos casos bastaría con mantener una leve corriente DC que alimente el arrollado durante los períodos de no operación; así se mantendría el arrollado ligeramente caliente impidiendo la acumulación de humedad.

Existen relés que permiten incorporar un sistema de vigilancia continua de la resistencia de aislamiento del motor cuando éste se encuentra desenergizado.

Caso concreto es el ''Relé electrónico VIGILOHM de MERLIN GERIN'' el cual aplica un voltaje de 24 voltios DC entre una fase y la tierra del motor mientras éste se encuentra desenergizado. Al mismo tiempo el equipo se encarga de monitorear la corriente de fuga determinando la resistencia del aislamiento. El dispositivo genera una alarma en el caso de que la resistencia de aislamiento esté por debajo de 1 megaohmio y bloquea el arranque del motor en caso de que esté por debajo del valor crítico de 500 Kilo-ohmios.

'''Falla a Tierra.'''
La falla a tierra es la más frecuente condición que se presenta por pérdida del aislamiento en motores. La vibración, el efecto joule, el rozamiento, la contaminación y el calor son la causa próxima en casi todos los casos de falla a tierra del arrollado. Un relé de falla a tierra puede ser la solución más adecuada.

'''Fallas de aislamiento.'''
Las fallas de aislamiento degeneran en cortocircuitos entre espiras de una misma fase, a tierra, entre fases y trifásicos. Este último es el más cruento y destructivo de todos.

'''Tiempo máximo de rotor bloqueado.'''
Cuando el motor es energizado el rotor parte desde la condición de parado a la condición de giro. Este proceso debe durar un tiempo relativamente breve hasta que el rotor alcance la velocidad nominal, alrededor del 90% al 95% de la velocidad sincrónica. Se puede utilizar un dispositivo que mida el tiempo de arranque y que desconecte el sistema en caso de que se exceda el tiempo prefijado para el arranque. Esta condición también debería ser despejada por la protección de cortocircuito; sólo que ella se ajusta por encima del valor de la RLA quedando el motor desprotegido en cierto rango.

'''Bloqueo de rotor durante la marcha.'''
Esta es una condición especial: el rotor estaba girando normalmente y se detiene rápidamente. Podría ser a causa de una brusca sobrecarga mecánica un problema similar. En este caso habría que detectar el giro del rotor y desconectar el suministro en caso de una parada intempestiva.

'''Marcha en vacío.'''
La marcha en vacío se manifiesta por una sobre-velocidad. Esto ocurre por una pérdida repentina o brusca de la carga mecánica. Esta condición es crítica en motores DC del tipo serie, ya que sin carga, el motor se embala y puede destruirse.

Por otra parte, un motor de inducción que gire a velocidad muy próxima a la de sincronismo, queda fuera del punto de operación nominal siendo menos eficiente y por lo tanto, libera energía en forma de calor.

Para ambos casos, sería conveniente detectar la velocidad de rotación e indicar la condición de sobre-velocidad o la pérdida de carga.

'''Inversión del sentido de giro.'''
El sentido de giro en los motores trifásicos está determinado por la secuencia de las fases y en los motores monofásicos por el sentido de la corriente en el arrollado de arranque en contraposición con el de marcha. Algunos motores y sus cargas, pueden estar diseñados para esta condición de inversión del sentido de giro; otros no.

El sentido de giro también se invierte cuando la carga ejerce un torque arrastrante mucho mayor que el torque reactivo del motor. En este caso el rotor es arrastrado hasta hacerlo girar al revés, lo cual sería una condición extrema respecto a la corriente que el motor toma de la red.

== Selección y ajuste de los dispositivos de protección ==

Las recomendaciones que siguen a continuación, tienen por objeto orientar a los usuarios en la selección a priori de los dispositivos de protección más adecuados para cada caso. Los ajustes, son los ajustes máximos que permiten las normas. Queda claro, que cada caso es un problema particular que debe resolverse con un estudio más minucioso que debe ser realizado por un profesional del ramo.

* '''Fusibles'''
Aplicación: Protección contra Cortocircuito. Muy recomendables en la protección de transformadores y también como protecciones de respaldo de otros dispositivos de protección. En motores, puede utilizarse un fusible de doble elemento para ofrecer una gama de protección que incluya el rango de sobrecarga.
Selección: En base a la corriente nominal y atendiendo también a la Capacidad de Interrupción.
Ajuste: No tienen ajuste. El valor máximo permitido por las normas es el 300% de la corriente nominal. Exiten diversos tipos dependiendo de su uso y del tiempo de operación esperado, pudiendo ser lentos, rápidos y ultrarápidos entre otros.
* '''Relés Bimetálicos'''
Aplicación: Ampliamente utilizados en la protección de sobrecarga en motores de baja tensión.
Selección: Se seleccionan en atención a la corriente nominal del motor a la tensión de trabajo.
Ajuste: Se pueden ajustar entre el 80% y el 125 % de la corriente nominal del motor. El valor máximo de ajuste es el 125% de la corriente nominal del motor. La recomendación es ajustarlo a un valor menor, permitiendo el arranque normal del mismo.
Capacidad de Interrupción. Es la máxima corriente de Cortocircuito que el dispositivo puede interrumpir en forma segura, sin explotar.
*''' Interruptores Magnéticos'''
Aplicación: Recomendables en la protección contra cortocircuitos, especialmente en motores.
Selección: En atención al valor de la corriente de cortocircuito y la curva de daños del aislamiento. Normalmente se selecciona en atención al valor máximo esperado de la corriente de arranque.
Ajuste: No todos tienen ajuste. En caso de tenerlo, la recomendación es ajustarlo al mínimo posible, siempre y cuando se permita el arranque del motor. El ajuste máximo permitido por las normas es el 700% de la corriente nominal, dependiendo de la Letra de Código (*) y el Factor de Servicio (**) del motor.
* '''Interruptores Termo-magnéticos.'''
Aplicación: Ampliamente utilizados en las protecciones de baja tensión. Son útiles en la protección de cargas generales de iluminación, hornos, tomacorrientes, etc. No resultan tan eficientes en la protección de motores a causa del rango de las corrientes de sobrecarga y arranque.
Selección: En atención a la corriente nominal de la carga y a la Capacidad de Interrupción de cortocircuito.
Ajuste: No todos tienen ajuste. Algunos de mayor precio, permiten ajustes del disparo instantáneo para la protección en el rango de las corrientes de cortocircuito; más propiamente, en el rango de las corrientes de arranque. Versiones más modernas y sofisticadas, permiten ajustes de ambos rangos. El valor máximo del ajuste del disparo por cortocircuito permitido por las normas es el 700% de la corriente nominal y el de sobrecarga, el 250% de la corriente nominal.
== Véase también ==

*[[Corriente eléctrica]]

== Fuentes ==

*http://autodesarrollo-electricidadpractica.blogspot.com/2011/07/proteccion-de-motores-electricos.html
*[http://www.asifunciona.com/ Así funciona]

[[Category:Aplicaciones_eléctricas]]

Protección de motores eléctricos

2014-01-29T14:58:25Z

Ventosa:

{{Desarrollo}}
{{Definición
|nombre= Protección de motores eléctricos
|imagen=Grundfos_foto_MP204.gif
|tamaño=
|concepto=
}} <div align="justify">
'''Protección de motores eléctricos'''.
Se realiza a través de dispositivos que aseguran la desconexión oportuna de los [[Motor eléctrico|motores eléctricos]] de la red ante la ocurrencia de alteraciones del régimen normal de trabajo, con el fin de evitar el deterioro del aislamiento del motor, de los devanados y de las conexiones eléctricas.

== Generalidades ==

Durante el funcionamiento de los [[Motor eléctrico|motores eléctricos]] pueden ocurrir diversas alteraciones del régimen normal. Las causas más frecuentes del regímenes anormales del motor son sobrecargas, cortocicuitos, disminución o desaparición de la tensión.
Se llama sobrecarga al aumento de la [[intensidad de corriente]] del motor por encima de la magnitud nominal. Las sobrecargas pueden ser pequeñas y de corta duración. Estas no son peligrosas para el motor y no deben ser objeto de atención en cuanto a la protección se refiere. Pero, si son excesivas y prolongadas, son peligrosas para los devanados del motor, porque la gran cantidad de calor que desprende la corriente puede carbonizar el aislamiento y quemar los devanados.
Son peligrosos también para el motor los cortocircuitos que tienen lugar en sus devanados. La protección de motores contra sobrecargas y cortocircuitos se denomina protección de máxima corriente. La protección máxima se realiza por medio de [[fusibles]], relés de intensidad y relés térmicos. La selección del tipo de dispositivo de protección depende de [[la potencia]], del tipo y del empleo del motor, de las condiciones de arranque y del carácter de la sobrecarga.

== Requisitos para la protección de motores eléctricos ==
En todo circuito ramal de motores deben existir algunos requisitos mínimos para la protección de los motores en baja tensión: [[Archivo:Protección_Motores1.JPG|thumb|center]]
# Seccionamiento. Lo provee un dispositivo que sea capaz de abrir el circuito con indicación visual de ON – OFF. El propósito es garantizar la apertura del circuito ramal con seguridad, para proteger a los usuarios y operadores.
# La Protección Automática contra [[Cortocircuito]]. Se trata de un dispositivo de acción instantánea (magnético o electrónico) capaz de detectar y cortar cualquier corriente superior a la corriente de arranque del motor, la cual puede ser varias veces la corriente nominal, dependiendo de la Letra de Código del motor. Esta puede ser una protección de fusible, bobina magnética o relé electrónico acoplado a un transformador de corriente.
# El Dispositivo para Maniobras. Habitualmente se utilizan [[contactores electromagnéticos]] o arrancadores de compuerta electrónica. Realmente no es una protección, aunque puede soportar las corrientes de arranque. Aunque es para controlar el arranque y parada del motor, de hecho es el dispositivo que abre y cierra el circuito ramal del motor tanto en operación normal como en sobrecarga.
# La Protección contra Sobrecarga. Este dispositivo está llamado a detectar las corrientes de sobrecarga comprendidas por encima de la corriente nominal; pero inferiores a las corrientes de cortocircuito. Aunque sensa también a estas últimas, su accionamiento es retardado y no actúa suficientemente rápido para despejarlas. Esto lo debe hacer la protección de cortocircuito. En este caso suelen utilizarse relés bimetálicos, fusibles de acción retardada y [[relés electrónicos]].
[[Image:Protección Motores 2.JPG|thumb|center]]
Inclusive se han desarrollado dispositivos que son capaces de cubrir todas juntas las exigencias de la norma. Son los llamados protectores integrales o “salva motores”

[[Image:Protección_Motores_3.JPG‎|thumb|center ]]

Modernamente, se fabrican relés o dispositivos electrónicos multifunción para la protección de motores. Los más modernos incorporan puertos de comunicación serial para transmitir en forma digital todos los datos del circuito motor donde están instalados. Los datos se envían a un microprocesador o computador para producir las señales de alarma y acciones correctivas necesarias. Con este tipo de relés pueden detectarse las siguientes condiciones de falla:

'''Temperatura Máxima.'''
El aislamiento es la parte mas vulnerable de los motores. Se afirma que la vida de un motor está en relación directa con la vida de su sistema aislante. Si no se sobrepasa la máxima temperatura que éste puede soportar, el motor podría prestar servicio durante muchos años.

''CLASE DE AISLAMIENTO''

[[Image:Clase_de_Aislamiento.JPG|thumb|right]]

Siendo el calor la principal causa para que un motor se queme, parece lógico que la protección más eficaz, sea precisamente algún dispositivo que permita detectar un incremento de la temperatura en el entorno del devanado.
Los recalentamientos eventuales y más aún los permanentes, disminuyen la vida de un motor. Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.

'''Balance de Fases.'''
Cuando los sistemas de [[tensión]] que alimentan un motor están en desequilibrio, entonces se forman campos magnéticos de secuencia positiva y de secuencia negativa en el estator que determinan torques opuestos sobre el rotor. En esta condición la máquina pierde eficiencia y la energía de pérdida se transforma en mayor cantidad de calor. Esta eventualidad podría preverse mediante dispositivos que impidan el trabajo del motor cuando las tensiones de fase estén fuera del rango prefijado.

'''Single-Phasing.'''
Una condición extrema del desbalance de fases ocurre cuando falta alguna de las fases del [[sistema trifásico]]. Entonces el motor queda conectado monofásicamente pero es incapaz de generar el [[torque]] necesario para vencer la carga mecánica o para arrancar. Entonces, en la máquina de inducción se desplaza el punto de operación hacia la zona de sobrecarga y hasta el mismo punto de quiebre, deteniéndose el [[rotor]] y quedando en operación bajo la condición de rotor bloqueado; que como sabemos, de permanecer allí es la condición más próxima al [[cortocircuito]].

Para esta condición bien podría emplearse un dispositivo que permita sensar la presencia de las tres fases e interrumpir la operación cuando falte alguna de ellas.

'''Rotación del eje.'''
Si el motor está energizado pero el eje no gira, obviamente estará tomando de la red la corriente de arranque (LRA) que como sabemos puede ser varias veces la [[corriente nominal]]. La instalación de un dispositivo que pueda detectar el movimiento del eje, será una protección conveniente.

'''Velocidad de rotación.'''
Un caso complementario de la protección anterior, es la condición de velocidad de rotación. Tanto si el eje no gira como si lo hace a velocidad inferior a la velocidad nominal de plena carga, el punto de operación se desplaza hacia la zona de sobrecarga y puede hacerlo peligrosamente hacia la zona de quiebre quedando bloqueado repentinamente. Aún girando a baja velocidad, el enfriamiento por ventilación se hace ineficaz y la temperatura del arrollado aumentará drásticamente.

'''Vibraciones.'''
Las [[vibraciones mecánicas]] se traducen en cargas sobre el eje que desplazan el punto de operación nominal del motor, con el consecuente incremento de temperatura. Un sistema que permita sensar las vibraciones y que inhiba la operación del motor bajo estas condiciones, sería la protección más recomendable.

'''Nº de arranques y paradas.'''
Los arranques y paradas continuas incrementan el calor acumulado en el arrollado. Los motores europeos se especifican para esta condición; no así los americanos; sin embargo, unos y otros son afectados por el calentamiento acumulado que se produce por esta condición.

Existen dispositivos contadores que pueden impedir el arranque del motor cuando se haya igualado un número prefijado de arranques en un lapso temporal determinado.

'''Humedad en el aislamiento.'''
Uno de los factores contaminantes del aislamiento es la humedad. En efecto, la acumulación de humedad facilita las corrientes de fuga a través del [[material aislante]], exponiendo al motor a una condición de falla a tierra, entre fases o al cortocircuito según sea el caso.

Cuando un motor permanece en reposo, su sistema aislante acumula humedad; por lo que la resistencia del aislamiento podría obtener valores muy bajos. En algunos casos bastaría con mantener una leve corriente DC que alimente el arrollado durante los períodos de no operación; así se mantendría el arrollado ligeramente caliente impidiendo la acumulación de humedad.

Existen relés que permiten incorporar un sistema de vigilancia continua de la resistencia de aislamiento del motor cuando éste se encuentra desenergizado.

Caso concreto es el ''Relé electrónico VIGILOHM de MERLIN GERIN'' el cual aplica un voltaje de 24 voltios DC entre una fase y la tierra del motor mientras éste se encuentra desenergizado. Al mismo tiempo el equipo se encarga de monitorear la corriente de fuga determinando la resistencia del aislamiento. El dispositivo genera una alarma en el caso de que la resistencia de aislamiento esté por debajo de 1 megaohmio y bloquea el arranque del motor en caso de que esté por debajo del valor crítico de 500 Kilo-ohmios.

'''Falla a Tierra.'''
La falla a tierra es la más frecuente condición que se presenta por pérdida del aislamiento en motores. La vibración, el efecto joule, el rozamiento, la contaminación y el calor son la causa próxima en casi todos los casos de falla a tierra del arrollado. Un relé de falla a tierra puede ser la solución más adecuada.

'''Fallas de aislamiento.'''
Las fallas de aislamiento degeneran en cortocircuitos entre espiras de una misma fase, a tierra, entre fases y trifásicos. Este último es el más cruento y destructivo de todos.

'''Tiempo máximo de rotor bloqueado.'''
Cuando el motor es energizado el rotor parte desde la condición de parado a la condición de giro. Este proceso debe durar un tiempo relativamente breve hasta que el rotor alcance la velocidad nominal, alrededor del 90% al 95% de la velocidad sincrónica. Se puede utilizar un dispositivo que mida el tiempo de arranque y que desconecte el sistema en caso de que se exceda el tiempo prefijado para el arranque. Esta condición también debería ser despejada por la protección de cortocircuito; sólo que ella se ajusta por encima del valor de la RLA quedando el motor desprotegido en cierto rango.

'''Bloqueo de rotor durante la marcha.'''
Esta es una condición especial: el rotor estaba girando normalmente y se detiene rápidamente. Podría ser a causa de una brusca sobrecarga mecánica un problema similar. En este caso habría que detectar el giro del rotor y desconectar el suministro en caso de una parada intempestiva.

'''Marcha en vacío.'''
La marcha en vacío se manifiesta por una sobre-velocidad. Esto ocurre por una pérdida repentina o brusca de la carga mecánica. Esta condición es crítica en motores DC del tipo serie, ya que sin carga, el motor se embala y puede destruirse.

Por otra parte, un motor de inducción que gire a velocidad muy próxima a la de sincronismo, queda fuera del punto de operación nominal siendo menos eficiente y por lo tanto, libera energía en forma de calor.

Para ambos casos, sería conveniente detectar la velocidad de rotación e indicar la condición de sobre-velocidad o la pérdida de carga.

'''Inversión del sentido de giro.'''
El sentido de giro en los motores trifásicos está determinado por la secuencia de las fases y en los motores monofásicos por el sentido de la corriente en el arrollado de arranque en contraposición con el de marcha. Algunos motores y sus cargas, pueden estar diseñados para esta condición de inversión del sentido de giro; otros no.

El sentido de giro también se invierte cuando la carga ejerce un torque arrastrante mucho mayor que el torque reactivo del motor. En este caso el rotor es arrastrado hasta hacerlo girar al revés, lo cual sería una condición extrema respecto a la corriente que el motor toma de la red.

== Selección y ajuste de los dispositivos de protección ==

Las recomendaciones que siguen a continuación, tienen por objeto orientar a los usuarios en la selección a priori de los dispositivos de protección más adecuados para cada caso. Los ajustes, son los ajustes máximos que permiten las normas. Queda claro, que cada caso es un problema particular que debe resolverse con un estudio más minucioso que debe ser realizado por un profesional del ramo.

* '''Fusibles'''
Aplicación: Protección contra Cortocircuito. Muy recomendables en la protección de transformadores y también como protecciones de respaldo de otros dispositivos de protección. En motores, puede utilizarse un fusible de doble elemento para ofrecer una gama de protección que incluya el rango de sobrecarga.
Selección: En base a la corriente nominal y atendiendo también a la Capacidad de Interrupción.
Ajuste: No tienen ajuste. El valor máximo permitido por las normas es el 300% de la corriente nominal.Exiten diversos tipos dependiendo de su uso y del tiempo de operación esperado.
* '''Relés Bimetálicos'''
Aplicación: Ampliamente utilizados en la protección de sobrecarga en motores de baja tensión.
Selección: Se seleccionan en atención a la corriente nominal del motor a la tensión de trabajo.
Ajuste: Se pueden ajustar entre el 80% y el 125 % de la corriente nominal del motor. El valor máximo de ajuste es el 125% de la corriente nominal del motor. La recomendación es ajustarlo a un valor menor, permitiendo el arranque normal del mismo.
Capacidad de Interrupción. Es la máxima corriente de Cortocircuito que el dispositivo puede interrumpir en forma segura, sin explotar.
*''' Interruptores Magnéticos'''
Aplicación: Recomendables en la protección contra cortocircuitos, especialmente en motores.
Selección: En atención al valor de la corriente de cortocircuito y la curva de daños del aislamiento. Normalmente se selecciona en atención al valor máximo esperado de la corriente de arranque.
Ajuste: No todos tienen ajuste. En caso de tenerlo, la recomendación es ajustarlo al mínimo posible, siempre y cuando se permita el arranque del motor. El ajuste máximo permitido por las normas es el 700% de la corriente nominal, dependiendo de la Letra de Código (*) y el Factor de Servicio (**) del motor.
* '''Interruptores Termo-magnéticos.'''
Aplicación: Ampliamente utilizados en las protecciones de baja tensión. Son útiles en la protección de cargas generales de iluminación, hornos, tomacorrientes, etc. No resultan tan eficientes en la protección de motores a causa del rango de las corrientes de sobrecarga y arranque.
Selección: En atención a la corriente nominal de la carga y a la Capacidad de Interrupción de cortocircuito.
Ajuste: No todos tienen ajuste. Algunos de mayor precio, permiten ajustes del disparo instantáneo para la protección en el rango de las corrientes de cortocircuito; más propiamente, en el rango de las corrientes de arranque. Versiones más modernas y sofisticadas, permiten ajustes de ambos rangos. El valor máximo del ajuste del disparo por cortocircuito permitido por las normas es el 700% de la corriente nominal y el de sobrecarga, el 250% de la corriente nominal.
== Véase también ==

*[[Corriente eléctrica]]

== Fuentes ==

*http://autodesarrollo-electricidadpractica.blogspot.com/2011/07/proteccion-de-motores-electricos.html
*[http://www.asifunciona.com/ Así funciona]

[[Category:Aplicaciones_eléctricas]]