MODELO DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN TRIFÁSICA
1.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
También son conocidas como Máquinas de Inducción, por lo tanto, se dice que estos Motores basan
su funcionamiento en las Leyes de la Inducción. A continuación, describimos los dos principios que
rigen la operación de este tipo de Motores:
Principio 1:
Este principio indica lo siguiente: “Una espira o conductor al ser atravesada por una intensidad
de corriente eléctrica produce a su alrededor un campo magnético”.
Principio 2:
Este principio expresa lo siguiente: “Una espira o conductor al estar en presencia de un campo
magnético variable reacciona induciéndose en ella una intensidad de corriente eléctrica”.
2.
PARTES CONSTITUTIVAS DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
En la Figura 1, se muestra las partes más importantes de un Motor de Corriente Alterna.
Figura 1: Partes de un Motor de Inducción
Un Motor Asíncrono Trifásico básicamente consta de dos partes:
– Un Inductor, o Estator,
– Un Inducido, o Rotor.
El Estator:
Es la parte fija del Motor. Una carcasa de metal fundido o de aleación ligera encierra una corona de
chapas delgadas (del orden de 0,5 [mm] de espesor) de Acero al Silicio. Las chapas quedan aisladas
entre sí por oxidación o por barniz aislante. La “foliación” del circuito magnético reduce las
Pérdidas por Histéresis y por Corrientes de Foucault. Las chapas disponen de ranuras en las que se
sitúan los devanados estatóricos que producen el campo giratorio (tres devanados en el caso de un
Motor Trifásico). Cada devanado se compone de varias bobinas. El modo de acoplamiento de las
bobinas entre sí determina el número de pares de polos del Motor y, por tanto, la velocidad de
rotación.
1
El Rotor:
Es la parte móvil del Motor. Al igual que el circuito magnético del Estator, se compone de un
apilamiento de chapas delgadas aisladas entre sí que forman un cilindro enchavetado sobre el eje del
Motor. El tipo de Rotor de estas Máquinas puede ser cualquiera de los siguientes:
Tipo Rotor Devanado. El cual tiene 3 grupos de devanados aislados con conexiones llevadas al
exterior a 3 anillos rozantes montados sobre el eje, las conexiones externas a la parte rotatoria se
hacen a través de escobillas montadas sobre los anillos rozantes, por lo que este tipo de Motor se le
llama con frecuencia Motor de Anillos Rozantes.
Tipo Rotor Jaula de Ardilla. El cual comprende un grupo de barras de Cobre o Aluminio
instaladas dentro de las ranuras, las cuales están conectadas a un anillo en los extremos del Rotor. La
construcción de los devanados del Rotor asemeja a una “Jaula de Ardilla”.
Las barras de Aluminio del Rotor están usualmente embebidas en las ranuras del Rotor, lo que hace
que sea una construcción muy robusta, aún cuando las barras de Aluminio del Rotor están en
contacto directo con las laminaciones de Aluminio, prácticamente toda la corriente del Rotor que
circula a través las barras de Aluminio no lo hace por las laminaciones.
Figura 2: Tipos de Rotores
3.
CONCEPTO DE DESLIZAMIENTO (S)
La Velocidad de Rotación del Campo Magnético del Estator o Velocidad Sincrónica esta
relacionada con la frecuencia eléctrica del sistema y el número de Pares de Polos del Motor como se
muestra en la siguiente ecuación:
nsinc 
60  f
PP
 rpm
Donde:
nsinc = Velocidad Sincrónica del Campo Magnético
f = Frecuencia del sistema [Hz]
PP = Pares de polos de la Máquina
Puesto que el funcionamiento de un Motor de Inducción depende del voltaje y la corriente del Rotor,
con frecuencia es más lógico hablar de su velocidad relativa. En general se utilizan dos términos
para definir el movimiento relativo entre el Rotor y el Campo Magnético. Uno de ellos es la
“Velocidad de deslizamiento”, definida como la diferencia entre la Velocidad Sincrónica y la
Velocidad del Rotor:
n des   nsinc  n m   rpm
2
Donde:
ndes = Velocidad de deslizamiento
nsinc = Velocidad Sincrónica del Campo Magnético
nm = Velocidad mecánica del eje del Rotor
El otro término utilizado para describir el movimiento relativo es el “deslizamiento” (s), el cual es
la velocidad relativa expresada sobre una base en por unidad o en porcentaje. El deslizamiento está
definido como:
s

n des
n sinc
 100 % 
n sinc  n m
n sinc
 100 %
Esta ecuación también puede expresarse en términos de la Velocidad Angular ω (radianes por
segundo).
s
sinc  m
sinc
 100 %
Nótese que si el Rotor gira a la Velocidad Sincrónica (s = 0), mientras que si el Rotor está
estacionario (s = 1). Todas las velocidades normales de los Motores caen dentro de estos límites.
Es posible expresar la Velocidad mecánica del eje del Rotor en términos de la Velocidad Sincrónica
y el deslizamiento. Resolviendo las ecuaciones anteriores para la Velocidad mecánica se obtiene:
n m  1  s   nsinc  rpm
 m  1  S    sin c [rad/s]
Estas ecuaciones son útiles en la deducción del Par del Motor de Inducción y en las relaciones de
Potencia.
Frecuencia eléctrica del Rotor (fr)
Un Motor de Inducción trabaja induciendo tensiones y corrientes en el Rotor de la Máquina; por esta
razón, a veces se le llama “Transformador Rotante”. Como Transformador, el primario (Estator)
induce un voltaje en el secundario (Rotor) pero, a diferencia del Transformador, la frecuencia
secundaria no es necesariamente la misma que la frecuencia primaria.
Si el Rotor de un Motor está bloqueado tal que no puede moverse, este tendrá la misma frecuencia
que el Estator. Por el contrario, si el Rotor gira a Velocidad Sincrónica, la frecuencia en el Rotor
será cero. Para cualquier velocidad intermedia, la frecuencia del Rotor es directamente proporcional
a la diferencia entre la Velocidad del Campo Magnético giratorio y la Velocidad del Rotor.
Por lo tanto, la frecuencia del rotor puede ser expresada como:
fr  s  f
 Hz 
Donde:
fr = Frecuencia del rotor [Hz]
f = Frecuencia del sistema [Hz]
S = Deslizamiento
Ejemplo:
Un Motor de Inducción de 220 [V], Trifásico, con dos Polos, 50 [Hz], opera con un deslizamiento
de 5 [%] calcule:
a)
b)
c)
d)
Velocidad del Campo Magnético
Velocidad del Rotor
Velocidad de deslizamiento
La frecuencia del rotor
3
Datos:
V = 220 [V] (3 ϕ)
f = 50 [Hz]
PP = 1
s = 5 [%]
Calcular:
a)
b)
c)
d)
nsinc = ?
nm = ?
ndes = ?
fr = ?
Solución:
a)
nSinc  ?
nsinc 
60  f
PP

60  50
1

3000
1
nsinc  3000 [rpm]
b)
c)
d)
nm  ?
n m  1  s   nsinc
n m  2850  rpm
 1  0,05  3000
n des   nsinc  n m 
n des  150  rpm
  3000  2850 
n des  ?
fr  ?
f r  s  f  0,05  50
fr
4.
 2,5 [Hz]
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
m
RS
sin c
j XS
IS
VS
Rr
j sX r
Ir
f
Nr
ES
NS
sEr
m
fr
El Motor de Inducción es semejante a un Transformador cuyo primario es el Estator y cuyo
secundario es el Rotor. El Estator y el Rotor se pueden considerar como acoplados magnéticamente
por un Transformador ideal de relación de transformación “m”.
4
IS
m
j XS
RS
VS
ES
jXr
Ir
Rr
Er
Suponiendo que el Rotor esté parado, S = 1, su Circuito Equivalente Monofásico será como el que
se indica en la Figura 3.
IS
j XS
RS
Rr
jXr
Ir
Io
VS
If e
IM
Rfe
jXM
ES
Er
Figura 3: Circuito Equivalente Monofásico de un Motor de Inducción
Donde:
RS = Resistencia del bobinado del Estator [Ω/fase]
XS = Reactancia de dispersión del bobinado del Estator [Ω/fase]
Rr = Resistencia del bobinado del Rotor [Ω/fase]
Xr = Reactancia de dispersión del bobinado del Rotor [Ω/fase]
Rfe = Resistencia de pérdidas en el hierro [Ω/fase]
XM = Reactancia de magnetización [Ω/fase]
VS = Tensión aplicada [V/fase]
ES = Fuerza contraelectromotriz inducida en el Estator [V/fase]
Er = Fuerza electromotriz inducida en el Rotor [V/fase]
IS = Corriente de fase del Estator [A]
Ir = Corriente de fase del Rotor [A]
Io = Corriente de fase de Vacío [A]
Ife = Componente real de la Corriente de Vacío [A]
IM = Componente reactiva de la Corriente de Vacío [A]
IS
R 'r
j XS
RS
s
j X'r
I' r
Io
If e
VS
ES
IM
Rfe
j X M E'r
Figura 4: Circuito Equivalente total referido al Estator
5
5.
POTENCIA, PÉRDIDAS, PAR Y RENDIMIENTO DE LOS MOTORES DE
INDUCCIÓN
Pérdidas y Diagrama de Flujo de Potencia (Diagrama de Sankey)
PA G [W]
P conv [W]
Pout  Mcarga  m [W]
Mind  m [W]
Pin 
3  V  I  Cos  [W]
P SCL [W]
P RCL [W]
P núcleo [W]
P misc. [W]
P F&W [W]
Potencia de Entrada (Pin)
Pin 
3  Vs  Is  Cos [W]
(1)
La Corriente de entrada (Is) a la fase del Motor se puede hallar de la siguiente forma:
Vs
Is 
(2)
[A]
Zeq
Donde:
Zeq   R s  j X s  









1
1
1


R fe
j X M
1
R'r

s







j X ' r 

[]
(3)
Pérdidas en el Cobre del Estator (PSCL)
Las Pérdidas en el Cobre del Estator en las tres fases están dadas por:
PSCL  3   I s   R s [W]
2
(4)
Pérdidas en el Núcleo (Pnúcleo)
Pnúcleo 
3   Es 
2
[W]
R fe
(5)
Potencia en el Entrehierro (PAG)
PAG  Pin  PSCL  Pnúcleo [W]
(6)
Además:
PAG  3   Ir  
2
R 'r
s
[W]
(A)
Pérdidas en el Cobre del Rotor (PRCL)
Las Pérdidas en el Cobre del Rotor está dada por:
PRCL  3   Ir   R 'r [W]
2
(B)
6
Potencia convertida o Potencia mecánica desarrollada (Pconv)
Pconv  PAG  PRCL [W]
Pconv  3   Ir  
2
R 'r
 3   Ir   R 'r [W]
2
s

1


s
Pconv  3   Ir   R 'r  
2

Pconv  3   Ir   R 'r  
2
(7)



 1


1 s 
s



(8)
De las Ecuaciones A) y B) tenemos:
PRCL  s  PAG [W]
(9)
Por lo tanto:
Pconv  PAG  s  PAG [W]
Pconv  1  s   PAG [W]
(10)
Potencia de salida (Pout)
Pout  Pconv  PF& W  Pmisc [W]
(11)
El Par Motor (M) o (τ):
Como se puede observar en el Diagrama de flujo de Potencia, existen 2 Pares que se desarrollan en
la Máquina, uno de ellos es el Par Inducido y el otro es el Par de Salida o Par nominal, estos están
definidos de la siguiente forma:
Mind 
PAG
sin c
[ N  m]
M out  M nom 
6.
Pout
m
[ N  m]
Par inducido.
(12)
Par de salida.
(13)
RENDIMIENTO DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA
Condiciones de Operación de la Máquina de Inducción
Según como sea el sentido de la transferencia de Energía entre el Estator y el Rotor, se tienen 3 tipos
de condiciones de operación:
Operación como Motor:
7.
CARACTERISTICAS PAR-VELOCIDAD DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
Condiciones de Operación de la Máquina de Inducción
Según como sea el sentido de la transferencia de Energía entre el Estator y el Rotor, se tienen 3 tipos
de condiciones de operación:
Operación como Motor:
7
 0  s  1
0  n
m
 n Sinc 
s  s máx
M carga  M máx
s 1
M carga  M 
s  s nom
M carga  M nom
 0  s 1
 0  n m  n Sinc 
s0
M carga  0
Zonas de Operación del Motor
s  s máx
s 1
s0
Operación como Generador:
PPérdidas
n Sinc
PEléctrica
s  0
nm
n
PMecánica
Rotor
Rotor
Estator
8
m
 n Sinc 
PMecánica
Negativa
τ
Rotor
Negativa
PEléctrica
Negativa
s  0
n
m
 n Sinc 
Operación como Freno:
 s  1
n
m
 0
 s  1
n
m
 0
Finalmente, en la Figura 5, podemos observar la gráfica de Par versus Velocidad del Rotor de una
Máquina de Inducción donde se expresan las condiciones de Operación y algunos puntos
característicos.
9
 s  1
n
m
 0
 0  s  1
 0  n m  n Sinc 
s  0
 n m  n Sinc 
Figura 5: Gráfica de Par Vs Velocidad
8.
CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES DE INDUCCIÓN
Uno de los grandes problemas de los Motores de Inducción, frente a los de Corriente Continua, es su
mala regulación de velocidad, aunque en la actualidad este problema ha sido resuelto gracias a los
variadores electrónicos de velocidad. Como sabemos la Velocidad de Rotor de un Motor Asíncrono
se puede expresar:
s
n sinc  n m
 100 %
n sinc
n m  1  s   nsinc  rpm
n m  1  s  
60  f
PP
 rpm
Lo que significa que se puede regular la velocidad de un Motor Asíncrono de Inducción variando:
 El numero de Polos de la Máquina
 La frecuencia de la red Eléctrica de alimentación
 El deslizamiento
Control de Velocidad mediante el cambio de número de Polos de la Máquina
Observando la fórmula anterior se puede apreciar que variando en número de Pares de Polos del
Motor es posible variar la Velocidad de Sincronismo. En la práctica para variar el número de Polos
del Motor se suele disponer distintos bobinados en el Estator del Motor y conectando uno u otro
conseguiremos variar la velocidad.
10
Este tipo de control sólo se suele emplear en los Motores de Rotor de Jaula de Ardilla dado que el
cambio de Polos del Estator ha de llevar unido el cambio de Polos del Rotor, por lo que en los
Motores de Rotor Bobinado complicaría llevarlo a la práctica en condiciones económicamente
rentables.
Control de Velocidad por cambio de Frecuencia
En la actualidad el empleo de sistemas de arranque mediante el control por contactores está
quedando en desuso a favor de los arrancadores-variadores de velocidad electrónicos (convertidores
de frecuencia).
Este tipo de dispositivos suministran una tensión alterna cuyo valor es regulable, al tiempo que
también es posible regular la frecuencia de alimentación al Motor, de este modo es posible
conseguir un control de velocidad muy efectivo, que permite incluso llevar un Motor a una
velocidad de Sincronismo superior a la nominal o asignada (practica no recomendable). La razón de
variar a la vez frecuencia y tensión radica en el hecho de conseguir un par constante en todo el
régimen de velocidades del Motor.
Control de Velocidad por modificación del Deslizamiento
EL deslizamiento de un Motor se puede variar modificando la tensión de alimentación. Si la tensión
disminuye, la velocidad de giro del Rotor disminuye, y por tanto aumenta el deslizamiento.
9.
DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE
El Circuito Equivalente de un Motor de Inducción es una herramienta muy útil para determinar la
respuesta del Motor a los cambios de Carga. Sin embargo, si se va a utilizar un modelo para una
Máquina real, es necesario determinar qué valores se utilizarán en el modelo. ¿Cómo pueden
determinarse RS, Rr, XS, Xr, y XM para un Motor real?
Estos parámetros se pueden hallar conformando una serie de pruebas en el Motor de Inducción,
análogas a las pruebas de Corto Circuito y de Circuito abierto realizadas en un Transformador. Las
pruebas deben llevarse a cabo bajo condiciones perfectamente controladas puesto que las
resistencias varían con la temperatura, y la resistencia de Rotor varía también con su frecuencia.
Ensayos de los Motores de Inducción
Prueba de Vacío:
La prueba en Vacío de un Motor de Inducción mide las Pérdidas rotacionales del Motor y brinda
información sobre su Corriente de Magnetización.
Prueba DC para determinar la Resistencia del Estator
Este ensayo se efectúa para determinar el valor de la Resistencia del Estator.
Prueba de Rotor Bloqueado
Este ensayo se efectúa bloqueando el eje de la Maquina, con lo cual la velocidad del mismo será
nula.
10. VALORES NOMINALES EN MOTORES DE INDUCCIÓN Y TIPOS DE CONEXIÓN
Las características de funcionamiento de un Motor de Inducción, cuando trabaja en el punto nominal
y sus óptimas condiciones, las podemos ver en la placa de características que llevan todos los
Motores.
Las características nominales de los Motores que debes tener en cuenta son:
 Potencia de Salida
 Voltaje
11






Corriente
Factor de Potencia
Velocidad
Eficiencia Nominal
Grado de Protección
Tipo de Conexión
Conexión de los Bobinados Estatóricos
Generalmente, los fabricantes de Motores Asíncronos Trifásicos, en la caja de bornes de sus
Motores colocan el principio y el final de cada uno de los Devanados del Estator con el objeto de
que el Motor se pueda utilizar para diferentes tensiones de línea. El Estator de un Motor Trifásico
suele bobinarse con tres devanados distintos que se corresponden con cada una de las fases a las que
habrá de conectarse en la red Eléctrica.
U
X
U1
U2
V
Y
V1
V2
W
Z
W1
W2
Los Bobinados del Estator pueden ser conectados en Estrella o en Triangulo, dependiendo la misma
de la tensión de suministro y de lo que soporten dichas Bobinas.
Conexión Estrella
En la conexión Estrella, las corrientes de Fase son iguales a las corrientes de Línea, en cambio las
tensiones de Fase difieren de las tensiones de Línea.
U1
V1
W1
U1
U2
V2
W2
W2
V1
W1
U2
V2
Conexión Triángulo (Delta)
En la conexión Delta, las tensiones de Fase son iguales a las tensiones de Línea, en cambio las
corrientes de Fase difieren de las corrientes de Línea.
12
V1
U1
W1
U1
U2
W2
V2
V1
W2
W1
V2
U2
11. INVERSIÓN DE GIRO
Para invertir el sentido de giro de un Motor Asíncrono Trifásico, basta con invertir el sentido de giro
del Campo Magnético giratorio, para lo cual hay que intercambiar dos fases cualesquiera entre si.
Inversión de Giro en conexión Estrella
R
S
T
U1
V1
W2
U1
W1
U2
V2
W1
V1
W2
V2
U2


Inversión de Giro en conexión Delta
U1
W2
W1
V1
U2
U1
V2
W2

V1
W1
U2
V2

12. ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS
13
El Arranque es el proceso de puesta en marcha de un Motor que lo lleva desde una velocidad nula a
la del punto de funcionamiento estable que corresponda al Par de Resistente de la Carga que tiene
mover.
Para que pueda realizarse esta maniobra debe cumplirse la Condición de Arranque que dice:
“Durante el Arranque el Par del Motor debe ser superior al Par resistente”
De no cumplirse esta condición, el Motor no podrá mover la Carga mecánica que tiene acoplada y
no se producirá el Arranque. En el instante de iniciar el Arranque, cuando la velocidad es todavía es
nula el deslizamiento vale 1, la Corriente que demanda el Motor es elevada, varias veces superior a
la Intensidad designada (entre 4 y 8 veces la corriente Nominal). Esta Corriente de Arranque se la
puede calcular con la ayuda de una ecuación matemática y por medio de Catálogos:
Por medio de Fórmula:
Para determinar esta Ecuación, tomaremos en consideración el siguiente Circuito Equivalente:
R 'r
IS
j XS
RS
s
I' r
j X' r
Io
VS
If e
IM
Rfe
jXM
De donde:
VS
I a  I S  I 'r 

 R S




R' r

s
A 
 
2

X
S
 X'r

2
En este caso si que se puede despreciar la Corriente de Vacío y aceptar que la Corriente del Estator
es igual a la del Rotor referido al Estator. Esta Corriente de Arranque se puede obtener entonces de
la relación anterior en la que se le da al deslizamiento “s” el valor 1.
Además, si:
R CC  R S  R ' r
XCC  X S  X ' r
Obtendremos la siguiente expresión:
I a  I S  I 'r 
VS
R
S
 R' r

2

VS
I a  I S  I 'r 
R
2
CC
 X
X
A 
 
2
CC
Y el Circuito Equivalente queda de la siguiente forma:
14
S
 X'r

2
A 
 
IS
j X CC
R CC
I' r
Io
VS
If e
IM
Rfe
jXM
Figura 6: Circuito Equivalente Aproximado
Por medio de Tablas:
En los Motores de Inducción de Jaula de Ardilla, la Corriente de Arranque puede variar con gran
amplitud dependiendo, en principio, de la Potencia Nominal del Motor y de la resistencia efectiva
del Rotor en las condiciones de Arranque.
Para estimar esta Corriente de Arranque, todos los Motores de Jaula de Ardilla tienen ahora una letra
código de Arranque (no se debe confundir con la letra de clase de diseño) en su placa de
características. La letra código indica el límite de la cantidad de Corriente que el Motor puede tomar
en condiciones de Arranque.
Estos límites se expresan en términos de la Potencia Aparente de Arranque como función de su
Potencia Nominal en Caballos de Fuerza. La Tabla 1, se indica los kilovolamperes de Arranque por
Caballo de Fuerza para cada letra código.
TABLA DE LETRAS CODIGO NEMA
Letra Código Rotor Bloqueado Letra Código Rotor Bloqueado
Nominal
[kVA]/[hp]
Nominal
[kVA]/[hp]
0 - 3,15
3,15 - 3,55
3,55 - 4,00
4,00 - 4,50
4,50 - 5,00
5,00 - 5,60
5,60 - 6,30
6,30 - 7,10
7,70 - 8,00
8,00 - 9,00
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
M
N
P
R
S
T
U
V
9,00 - 10,00
10,00 - 11,00
11,20 - 12,50
12,50 - 14,00
14,00 - 16,00
16,00 - 18,00
18,00 - 20,00
20,00 - 22,40
22,40 y superiores
Tabla 1: Valores de Código NEMA
Para determinar la Corriente de Arranque de un Motor de Inducción, lea el Voltaje Nominal, la
Potencia Nominal y la letra código en su placa de características. Entonces la Potencia Aparente de
Arranque para el Motor será:


S start  Potencia Nom in alen caballosdefuerza  Factor deletra código

Y la Corriente se puede encontrar de la siguiente ecuación:
Ia 
S start
3  VN
A 
 
Debido a que en el instante de puesta en marcha de Motores las Corrientes de Arranque son
elevadas, estas pueden causar las siguientes consecuencias perjudiciales:
 Gran caída de tensión en el sistema de alimentación de la Red Eléctrica. Esto provoca
interferencia en los equipos que se encuentran instalados en el sistema.
15
 Provocan el sobredimensionamiento especialmente en los sistemas de Protección,
Conductores, y elementos de Maniobra, lo cual provoca costos elevados.
 Penalizaciones por parte de las Empresas Distribuidoras de Energía Eléctrica, las cuales
imponen los límites de caídas de tensión.
13. SISTEMAS O MÉTODOS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS
Los Sistemas o Métodos de Arranque que se utilizan son los siguientes:
Arranque Directo
Siempre que sea posible, el Arranque de un Motor Trifásico de Inducción deberá ser Directo, por
medio de elementos de elementos de mando y control. Debe tenerse en cuenta que para un
determinado Motor, las Curvas de Par y de Corriente son fijas, independientemente de la dificultad
del Arranque, para una tensión constante.
Este método de Arranque es el más sencillo y se lo puede emplear en Motores de pequeña Potencia
(hasta 7 [CV]) (o en Motores grandes si están conectados a una red eléctrica independiente de tal
manera que su Corriente de Arranque no provoque perturbaciones o fluctuaciones en el sistema
eléctrico). Consiste en arrancar el Motor conectándolo a su tensión asignada.
En el caso que el Arranque Directo no sea posible debido a los problemas mencionados y a efectos
de reducir la Corriente que toma en el momento de Arranque este tipo de Motores, se recomienda la
utilización de procedimientos para limitar la Corriente absorbida en su puesta en marcha.
Arranque Estrella – Delta
El Arranque Estrella – Delta sólo se puede utilizar si el Motor está conectado a una red eléctrica
cuya tensión de línea sea igual a la tensión asignada de fase del Motor. Esto significa que este
método solamente se puede utilizar en aquellos Motores que estén preparados para funcionar en
triángulo con la tensión de la red.
El Arranque Estrella – Delta, consiste en arrancar el Motor con conexión Estrella a una tensión 3
veces inferior a la que soporta el Motor para este tipo de conexión, transcurrido un cierto tiempo,
cuando el Par desarrollado por el Motor conectado en Estrella iguale al Par de la Carga (alrededor
del 80% de la velocidad nominal) se deben conmutar las conexiones de Bobinas del Motor a
Triángulo.
Explicación técnica.
Como se ha indicado anteriormente, el Bobinado recibe una tensión
3 veces menor que la
nominal o asignada a este tipo de conexión, por lo que el Par y la Intensidad absorbida se hace
3
veces menor.
Si tenemos en cuenta que en un sistema Trifásico conectado en Triángulo, la Corriente de Línea es
3 veces mayor que la de Fase y, en el sistema Estrella las intensidades de Línea es igual que la de
Fase, se llega a la conclusión que la Corriente absorbida es también
3 menor en el Arranque en
Estrella.
Se prueba así, que la reducción de
resultado una reducción de
3

3 veces por la tensión y
3 por la Intensidad, da como
3  3 veces la Corriente absorbida en comparación con el
Arranque Directo.
16
Arranque con Autotransformador
Este método puede ser usado para el Arranque en Carga de Motores. Esta reduce la Corriente de
Arranque evitando una sobrecarga en el circuito, pero dejando al Motor con un Par suficiente para el
Arranque y aceleración.
Es un procedimiento que se utiliza para Motores de gran Potencia y consiste en intercalar entre la
red de alimentación y el Motor un Autotransformador. Este cuenta con distintas tomas de tensión
reducida, por lo que, en el momento del Arranque, al Motor se le aplica una tensión menor
disminuyendo la Intensidad y se va elevando de forma progresiva hasta dejarlo conectado a la
tensión de la red.
Arranque con equipos Electrónicos
En este tipo de Arranques se utilizan equipos Electrónicos como Variadores de Frecuencia y
Arrancadores de Partida Suave. Debido al comportamiento del Motor, muchas veces es llamado
“Arranque Suave”.
14. COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES MÉTODOS DE ARRANQUE DE LOS
MOTORES TRIFÁSICOS
En la Tabla 2, se muestra la comparación técnica y económica de los diferentes métodos de
Arranque.
COMPARACION ENTRE LOS DIFERENTES METODOS DE ARRANQUE
Método de
Arranque
Corriente de
Arranque
Par de
Arranque
Duración del
Arranque
Ventajas
Desventajas
Aplicaciones
Arranque Directo
4 a 8 veces In
0,6 a 1,5
veces la
nominal
2 a 3 [seg]
Simple y poco costoso
Corriente de Arranque
elevada
En motores
pequeños
Arranque Estrella- 1,3 a 2,6 veces
la nominal
Delta
0,2 a 0,5
veces la
nominal
7 a 12 [seg]
Par de Arranque débil y
Método relativamente
corte de la alimentación del
económico
paso de Estrella a Delta
1,7 a 4 veces la
Arranque por
nominal
Autotransformador
0,4 a 0,85
veces la
nominal
7 a 12 [seg]
Buena relacion Par
Versus Corriente de
Arranque
Es el más costoso de todos
los métodos de Arranque
Motores de
Arranque en
Vacío
Motores con
Carga
Tabla 2: Comparación entre los diferentes Métodos de Arranque
Arranque de Motores Trifásicos con Tensión Monofásica
Este tipo de Arranque surge como una solución ante la falta de alimentación Trifásica en zonas
rurales o urbano marginales en donde solo llega una línea de alimentación Monofásica y en donde se
requiere operar este tipo de Máquinas.
En primer lugar, hay que señalar que para que un Motor Trifásico se pueda accionar mediante redes
Monofásicas es imprescindible que dicho Motor tenga acceso completo a sus devanados de Estator
(es decir, caja de bornes con seis conexiones del Estator). El método que se va a desarrollar es
válido tanto para Motores con Rotor en Jaula de Ardilla como para Motores con Rotor Devanado.
La técnica para emplear se basa en el mismo razonamiento que se emplea para los Motores
Asíncronos Monofásicos de Arranque por Condensador, en realidad, lo que se hace es construir un
Motor Monofásico de Arranque por Condensador a partir del Motor Asíncrono Trifásico que se
desea accionar. El Motor Trifásico en estas condiciones arranca por sí sólo, con las mismas
características que un Motor Monofásico de Arranque por Condensador.
Si se utiliza el Condensador adecuado, se puede conseguir que la Potencia del Motor en su
funcionamiento como Monofásico pueda llegar a ser del 80 al 90% de su valor nominal como
Trifásico. Para una red de 220 [V], se necesitan unos 70 [μF] por [kW] de Potencia útil del Motor
(Norma UNE48501). El Condensador debe de preverse para una tensión de alrededor de 1,25 veces
la tensión de la red, debido a los efectos de sobretensiones a que suele estar sometido como
consecuencia de los fenómenos de resonancia.
17
Selección del Condensador
Los valores aproximados de la capacidad del Condensador [μF] necesario para diferentes valores de
tensiones Monofásicas se indican en la Tabla 3. Debido al paso de la Corriente del Condensador a
través del Devanado del Motor, su tensión de trabajo es superior a la de la red:
VALORES APROXIMADOS DE LA
CAPACIDAD DEL CONDENSADOR
Tensión de
Red
Valor del
Condensador
Tensión del
Condensador
[V]
[µF/kW]
[V]
110
~ 240 [µF/kW]
~ 125
220
~ 70 [µF/kW]
~ 250
380
~ 22 [µF/kW]
~ 430
Tabla 3: Valores de Condensadores
Rendimiento del Motor
Los valores que se pueden esperar de un Motor Trifásico conectado a una red Monofásica son:
Par de Arranque: del 25 al 30% del Par nominal.
Potencia Máxima: del 70 al 80% de la Potencia nominal.
NOTA: Si el Par de Arranque es insuficiente, se puede mejorar añadiendo un Condensador de
Arranque, de valor de capacidad aproximadamente doble al indicado. Este Condensador debe
dimensionarse tras efectuar ensayos de aplicación real.
Esquema de Conexiones
El esquema mostrado en la Figura 7, muestra un Motor Trifásico 380/220 [V] conectado en
Triangulo a 220 [V]. El esquema muestra claramente que el Condensador se insertará entre la Fase y
el tercer Bobinado.
U1
V1
W1
U1
U2
V2
W2
W2
V1
W1
U2
V2
Figura 7: Esquema de Conexión para giro en sentido horario
Inversión de giro
Para invertir el sentido de giro, se cambiará al Condensador de Bobinado como se muestra en la
Figura 8.
18
U1
V1
W1
U1
U2
V2
W2
W2
V1
W1
U2
V2
Figura 8: Esquema de Conexión para giro en sentido antihorario
19
MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN
Los Motores Monofásicos de corriente alterna tiene una construcción idéntica al Motor Trifásico de
Inducción, sólo que tienen una gran limitación ya que sólo tienen una fase en el Devanado del
Estator y por lo tanto el campo magnético en estos Motores Monofásicos no gira, sino únicamente
oscila, haciéndose primero más grande y luego más pequeño, pero manteniéndose siempre en la
misma dirección. Esta limitante hace que el Motor Monofásico de Inducción no tenga Par de
Arranque propio y si se hace girar el rotor en cualquier dirección mientras el Devanado Monofásico
este excitado, el Motor desarrollará un Par en esa dirección.
Existen dos teorías para explicar funcionamiento del Motor de Inducción Monofásico, la teoría del
doble campo rotatorio y la teoría del campo cruzado. Enseguida se analizará de manera general la
teoría del doble campo rotatorio.
De acuerdo con esta teoría, un campo magnético que varía en el tiempo pero que se encuentra
estacionario en el espacio, se puede descomponer en dos campos magnéticos rotatorios de igual
magnitud pero con direcciones de giro opuestas.
TIPOS DE MOTORES MONOFÁSICOS
Los Motores Monofásicos de corriente alterna con rotor tipo jaula de ardilla se clasifican de la
siguiente manera, ordenados de mejor a peor en función de sus características de Arranque:
 Motor con Capacitor de Arranque y Capacitor de Marcha.
 Motor por Capacitor de Arranque.
 Motor de Fase Dividida Permanente.
 Motor de Fase Partida.
 Motor de Polos Sombreados.
A continuación se señalan algunas características típicas para cada uno de estos Motores.
Motor con Capacitor de Arranque y Capacitor de Marcha.
El Motor Monofásico con Capacitor de Arranque y Capacitor de Marcha es el que mejores
características presenta entre los Motores de tipo fraccionario.
El Capacitor de Arranque le permite desarrollar mejor Par de Arranque en el Motor mientras que el
Capacitor de Marcha permite mejorar su funcionamiento.
En la Figura 1, se observa la representación esquemática para este tipo de Motor, como se puede
apreciar el Condensador de Arranque es desconectado del Motor por medio del Interruptor
Centrífugo una vez que se alcanza una velocidad de aproximadamente el 75% de la velocidad
sincrónica, este Capacitor es de tipo Electrolítico mientras que el Capacitor de Marcha es del tipo en
aceite para corriente alterna y operación continua.
1
Figura 1
Motor por Capacitor de Arranque.
El Motor Monofásico de Arranque por Condensador, incluye un Condensador conectado en serie
con el Devanado Auxiliar o de Arranque. Éste capacitor permite mejorar la característica de
arranque del motor y queda desconectado por el interruptor centrífugo, cuando el motor alcanza el
75% de su velocidad síncrona aproximadamente.
Después de ese tiempo el Motor queda conectado únicamente con el Devanado de Trabajo. Éste tipo
de Motor se recomienda utilizar cuando los requerimientos de Par de Arranque son de cuatro a cinco
veces el Par especificado. El Capacitor utilizado en este Motor es del tipo electrolítico, este tipo de
Motor se lo puede ver en la Figura 2.
Figura 2
2
Motor de Fase Dividida Permanente.
A este Motor también se le conoce como Motor de Capacitor Dividido Permanente, es una versión
menos cara que la del Motor de Arranque por Capacitor y Marcha por Capacitor.
Bobina Principal
En este caso el Capacitor sirve para proporcionar el Arranque del Motor y a la vez para su
funcionamiento con carga. Debido a que ambos Devanados deben permanecer conectados, en este
motor no se requiere de un Interruptor Centrífugo. Otra característica de este Motor es que ambos
Devanados tienen el mismo calibre de conductor ya que la corriente del Motor será compartida en
ellos. Se recomienda utilizarlos cuando se requiere accionar cargas con mínimo Par de Arranque. En
las Figura 3, se pueden apreciar la representación esquemática de este Motor.
Figura 3
Motor de Fase Partida.
A este tipo de Motor también se le conoce como Motor de Fase Dividida o de Fase Hendida, es uno
de los Motores de mayor uso para aplicaciones que requieren Potencias fraccionarias. A diferencia
de los Motores anteriores, este tipo de Motor no lleva Capacitor ni de Arranque ni de Marcha,
únicamente utiliza dos Devanados separados en cuadratura conectados en paralelo a la fuente de
tensión.
A uno de los Devanados se le conoce como Devanado Principal, tiene resistencia baja e inductancia
alta y su función es conducir corriente y establecer el flujo necesario a la velocidad especificada. El
otro Devanado, denominado Devanado Auxiliar, tiene resistencia alta e inductancia baja. Éste
último Devanado es desconectado del Motor cuando se alcanza una velocidad aproximada al 75% de
su velocidad síncrona. La desconexión es realizada a través del Interruptor Centrífugo. La
representación esquemática de este Motor se puede apreciar en la Figura 4.
3
Figura 4
Motor de Polos Sombreados.
El Motor de Polos Sombreados es el que posee las peores características de los Motores
Monofásicos de corriente alterna, debe su nombre debido a que el Devanado Auxiliar de este Motor
forma un anillo de cobre que se coloca en los Polos salientes del mismo. Estos anillos colocados por
los ambientes permiten establecer el campo rotatorio necesario para su funcionamiento.
En la Figura 5, se puede observar el esquema representativo para este Motor.
Figura 5
4