ES2250931T3 - Circuito de alimentacion para un motor de induccion trifasico. - Google Patents
Circuito de alimentacion para un motor de induccion trifasico.Info
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Abstract
Conmutador de suministro de corriente para un motor asíncrono trifásico (M), que puede operarse selectivamente en la modalidad de conexión en triángulo y en la modalidad de conexión en estrella mediante un primer dispositivo de conexión (S1), que contiene un transformador de corriente trifásica (T), cuyo lado primario está dimensionado para la tensión de alimentación máxima en la modalidad de conexión en triángulo y cuyo lado secundario está dimensionado para una tensión en la modalidad de conexión en estrella que se sitúa aproximadamente entre la tensión de alimentación máxima fase respecto a fase y la tensión de una única fase de la misma, un segundo dispositivo de conexión (S2) mediante el cual el motor (M) puede conectarse directamente a la red eléctrica y/o al lado secundario del transformador (T), un tercer dispositivo de conexión (S3) mediante el cual el lado primario del transformador (T) puede configurarse en la modalidad de conexión en triángulo y en la modalidad de conexión en estrella, un cuarto dispositivo de conexión (S4) mediante el cual el lado secundario del transformador (T) puede configurarse en la modalidad de conexión en estrella y en la modalidad de conexión en triángulo y un dispositivo de mando (ST) conectado a uno de los dispositivos de conexión (S1 a S4) para la activación selectiva del mismo.
Description
Circuito de alimentación para un motor de
inducción trifásico.
La presente invención se refiere a un
transformador de separación trifásico y a un conmutador de
suministro de corriente con dispositivo disyuntor para un motor
asíncrono trifásico. Este tipo de conmutador de suministro de
corriente ya es conocido por DE 201 04 721 U1.
El uso de un motor asíncrono trifásico requiere,
a menudo, la reducción del número de revoluciones a fin de adaptar
la potencia suministrada por el motor a la respectiva demanda. Un
ejemplo típico son los ventiladores de los aparatos de
climatización, especialmente en el caso de las salas frigoríficas,
que en períodos de baja actividad, como por la noche y en fin de
semana, precisan una menor potencia de los refrigeradores de
retorno.
Una solución, que a su vez también es la más
costosa, consiste en modificar la frecuencia de la tensión de
alimentación utilizada para el funcionamiento del motor de corriente
trifásica. Así, en la DE 43 08 836 A1 se describe un método para la
utilización de un motor de campo rotatorio con una frecuencia y una
tensión modificables mediante convertidores de corriente,
especialmente aplicable en el ámbito de los accionamientos
industriales y tractores, en donde se requiere una potencia
constante a lo largo de un margen de regulación muy amplio del
número de revoluciones como sucede, por ejemplo, en el caso de los
accionamientos de bobinado para dispositivos de laminado. Para ello,
en un margen bajo de regulación del número de revoluciones, con una
potencia constante y un par relativamente alto, el motor de campo
rotatorio es operado en la modalidad de conexión en estrella y en un
margen de regulación del número de revoluciones alto, con potencia
constante y un par relativamente bajo, el motor de campo rotatorio
es operado en la modalidad de conexión en triángulo. Como
alternativa también se indica la utilización de un motor de campo
rotatorio con bobinado de polo conmutable, en un margen de
regulación del número de revoluciones bajo -otra vez con potencia
constante y un par relativamente alto- con un número de pares de
polos relativamente superior en un margen de regulación del número
de revoluciones alto -otra vez con potencia constante y un par
relativamente bajo- con un número de pares de polos relativamente
inferior. Otra alternativa indicada en el escrito es un motor de
campo rotatorio con dos devanados en estrella, alimentados con una
frecuencia modificable a través de un convertidor de corriente
propio y que, dependiendo del régimen de revoluciones, pueden
conectarse en paralelo o en serie. Este despliegue es especialmente
inútil para el accionamiento de ventiladores, ya que cada uno de
ello requiere una potencia motriz dependiente del número de
revoluciones.
También son conocidos los controles de corte de
onda, que reducen la tensión efectiva suministrada al motor de
corriente trifásica. Los controles de corte de onda tienen la
desventaja de que aumentan de manera significativa el contenido de
ondas armónicas de la tensión de alimentación del motor de corriente
trifásica, lo que genera perturbaciones en el entorno. También
provocan una mayor generación de ruido en los motores de corriente
trifásica en forma de fuerte zumbido. Otra posibilidad consiste en
el uso de transformadores con una cifra en consonancia de
derivaciones a los devanados, de los que pueden tomarse tensiones de
diferente magnitud para la alimentación del motor de corriente
trifásica. La desventaja de estos transformadores es que su empleo
conlleva unas pérdidas relativamente elevadas. Otra medida utilizada
especialmente para el arranque de los motores de corriente
trifásica, es la conmutación de las bobinas del motor entre conexión
en estrella y conexión en triángulo, medida con la que, no obstante,
sólo pueden lograrse dos regímenes de revoluciones diferentes.
Por la EP 0 865 147 B1 conocemos una solución,
según la cual las bobinas del motor de corriente trifásica están
realizadas en formato bifilar y cada una de las partes de la bobina
está dimensionada para el conjunto de la tensión de fase respecto a
fase. El motor de corriente trifásica está asignado a un dispositivo
de conexión, con ayuda del cual los devanados parciales pueden
conectarse facultativamente en paralelo en la modalidad de conexión
en triángulo, en serie en la modalidad de conexión en triángulo, en
paralelo en la modalidad de conexión en estrella, en serie en la
modalidad de conexión en estrella y tres devanados parciales en
triángulo con los restantes devanados parciales en estrella, de
manera que sin necesidad de dispositivos auxiliares, pueden lograrse
cinco revoluciones diferentes en que la corriente pasa por todos los
devanados parciales. El motor funciona con tensiones senoidales y
por consiguiente no tiende a emitir zumbidos. La desventaja de esta
modalidad reside en el hecho, que desde el principio el motor debe
haber sido dimensionado para esta modalidad de uso y que sólo pueden
lograrse unas revoluciones determinadas ya que para evitar la
aparición de corrientes de compensación los devanados parciales de
cada polo deben ser idénticos.
Por la EP 1 341 295 A1 conocemos un conmutador de
suministro de corriente para un motor de corriente trifásica, que
contiene dos autotransformadores trifásicos de diferente potencia,
unidos en un núcleo conjunto y cuyos devanados cuentan, como mínimo,
con una derivación cada uno. Asimismo, el conmutador de suministro
de corriente incluye un dispositivo disyuntor que activa
facultativamente los autotransformadores trifásicos. Con este
conmutador pueden regularse todas las revoluciones que el motor deba
alcanzar, no hay que efectuar modificación alguna en el motor y al
funcionar éste con tensiones senoidales no emite ningún zumbido. No
obstante, la última conexión mencionada tiene como desventaja una
pérdida aun bastante significativa en el transformador activo, al
estar éste constantemente sometido a la máxima tensión de
alimentación, así como un mayor gasto en interruptores y en la
excitación de los mismos.
A partir de la patente DE 201 04 721 U1
mencionada al principio, el solicitante ha dado a conocer un
conmutador de suministro de corriente para un motor asíncrono
trifásico, especialmente apto para un accionamiento con curva
cuadrática de par, es decir para el ejemplo de uso, ya mencionado,
con ventiladores. La conexión incluye un autotransformador
trifásico, cuyos devanados primarios presentan, además de un
devanado básico para el funcionamiento a plena carga, una bobina
suplementaria con aproximadamente el 25% de la cantidad de espiras
del devanado básico. El devanado básico y el devanado adicional
están conectados en serie. Los devanados secundarios están a su vez
formados por cuatro devanados parciales idénticos, conectados
asimismo en serie, dimensionados en su conjunto para la transmisión
de la potencia nominal del transformador. Los devanados primarios
son activados facultativamente, con o sin inclusión de las devanados
adicionales, en estrella o en triángulo y en la conexión en estrella
la tensión de alimentación es aplicada facultativamente a los puntos
de conexión del devanado básico y de los devanados adicionales o a
los extremos libres de las devanados adicionales. También en el lado
secundario del transformador pueden conectarse los devanados
parciales en estrella o en triángulo, pudiendo incorporarse uno o
todos los devanados parciales al suministro del motor de corriente
trifásica. De este modo es posible suministrar gran cantidad de
tensiones diferentes a los devanados del motor de corriente
trifásica, en que no se efectúa modificación alguna. No obstante, es
necesario un mecanismo disyuntor muy costoso para ajustar la gran
cantidad de estados de conexión diferentes.
La variante más elegante sería el posicionado en
transformadores de regulación continua, pero en éstos la toma de
corriente no puede solucionarse de un modo seguro. Las bobinas de
toma cuentan con un contacto superficial relativamente pequeño sobre
los hilos redondos del arrollamiento del transformador, no pudiendo
por consiguiente conducir las fuertes corrientes sin experimentar
algún daño. Se producen sobrecalentamientos locales, que provocan
carbonizaciones en los hilos de la bobina y de los colectores.
La invención pretende hacer aptos a los motores
de corriente trifásica existentes para casos de carga con pares de
evolución cuadrática superiores al número de revoluciones, sin que
sea preciso efectuar modificación alguna en los motores. La
invención tiene por objeto presentar un conmutador de suministro de
corriente que permita lograr varias revoluciones con un mismo motor
de corriente trifásica, sin que tengan que soportarse grandes
pérdidas adicionales.
Dicho objeto se consigue mediante las
características indicadas en la reivindicación.
El conmutador de suministro de corriente de la
invención utiliza un auténtico transformador de separación
trifásico, que facultativamente puede activarse u obviarse y cuyo
lado primario está dimensionado de manera que facultativamente pueda
conectarse a la red eléctrica en la modalidad de conexión en
triángulo y en la modalidad de conexión en estrella y cuyo lado
secundario está dimensionado de manera que la tensión por él
suministrada en la modalidad de conexión en estrella se encuentra
entre las tensiones de fase respecto a fase y de fase respecto a
cero de la tensión de alimentación plena. Dicha tensión mencionada,
suministrada por el lado secundario del transformador tiene, por
ejemplo, una magnitud de aprox. 315 V en una red de corriente
trifásica con una tensión de fase respecto a cero de 230 V. La
invención aprovecha asimismo, la conmutabilidad de los devanados del
motor de corriente trifásica, que facultativamente se conectan en
configuración de triángulo o de estrella.
Con ayuda de tres conectores de
estrella/triángulo y de dos conmutadores de tres polos es posible
ajustar unas configuraciones de conexión, que alimentan a los
devanados del motor con tensiones diferentes.
Con un valor de conexión de 3 x 400 V y 12,5 A se
obtiene un consumo de potencia aparente de 5,5 kVA, teniendo en
cuenta un cos\varphi de 0,85 y con ello un consumo de potencia
efectiva de 4,7 kW. Con un tiempo de funcionamiento diario de 16 h,
habitual en las instalaciones de refrigeración, un factor medio de
carga de 0,5 y un precio teórico de la electricidad de 0,20
\euro/kWh se obtiene con sólo aplicar un ahorro del 20%, un ahorro anual de aproximadamente 686
\euro, de manera que el sobrecoste en elementos de conexión provocado por la invención se vería rápidamente compensado.
A continuación procedemos a explicar de forma más
detallada la invención con ayuda de un ejemplo de realización
representado en el dibujo.
El dibujo muestra el esquema de conexiones del
conmutador de suministro de corriente acorde a la invención y un
motor asíncrono trifásico M a él conectado. El conmutador de
suministro de corriente presenta como elemento central un
transformador de corriente trifásica T, cuyo lado primario está
dimensionado en el ejemplo representado para una tensión nominal de
400 V en la modalidad de conexión en triángulo y cuyo lado
secundario está dimensionado en el ejemplo representado para una
tensión de 315 V en la modalidad de conexión en estrella, así como
tres conectores de estrella/triángulo S1, S3 y S4 y un conmutador de
tres polos S2 con dos niveles. La distribución se ve completada por
un dispositivo de mando ST para la activación selectiva de todos los
conectores mencionados.
El primer conector de estrella/triángulo S1 está
asignado al motor de corriente trifásica M y sirve para conectar
entre si las bobinas de dicho motor en estrella o en triángulo y
conectarlas al suministro. El conmutador de tres polos S2 cuenta con
dos niveles de conmutación S21 y S22 acoplados entre si, de los que
uno (S21) está conectado a la red eléctrica mediante sus contactos
de conmutación móviles y el otro (S22) está conectado a través de
sus contactos de conmutación móviles al primer conector de
estrella/triángulo S1 asignado al motor M. Los contactos fijos del
nivel de contacto S21 están conectados al segundo conector de
estrella/triángulo S3 y los contactos fijos del otro nivel de
contacto S22 están conectados al tercer conector de
estrella/triángulo S4. Los restantes contactos fijos de ambos
niveles de conmutación S21 y S22 del conmutador S2 están conectados
respectivamente entre si. Para más detalles consúltese el dibujo.
Como alternativa también es posible conectar los contactos móviles
pertenecientes al nivel de conmutación S22 directamente con los
contactos fijos mencionados en último lugar del nivel de conmutación
S21, de manera que el nivel de conmutación S22 pueda realizarse como
simple conector/disyuntor de tres polos.
El segundo conector de estrella/triángulo S3 está
conectado a los devanados primarios del transformador T y por
consiguiente, está en situación de conectar dichos devanados a la
red eléctrica de manera selectiva, en la modalidad de conexión en
triángulo y en la modalidad de conexión en estrella. Asimismo, el
tercer conector de estrella/triángulo S4 está conectado con los
devanados secundarios del transformador T y por consiguiente está en
situación de conectar dichos devanados con el conector del lado del
motor de manera selectiva, en la modalidad de conexión en triángulo
y en la modalidad de conexión en estrella, es decir con el primer
conector de estrella/triángulo S1.
Según la posición del conector del conmutador de
dos niveles S2 de tres polos, el conmutador de estrella/triángulo S1
del motor M está o bien directamente conectado a la red eléctrica o
bien al lado secundario del transformador T, cuyo lado primario está
conectado a la red eléctrica en el caso mencionado en último lugar,
en los demás casos está desconectado. De este modo el transformador
T se encuentra totalmente desacoplado del suministro de tensión del
motor M cuando dicho suministro procede directamente de la red.
Con ayuda del dispositivo de mando ST es asimismo
posible ajustar el conector de dos niveles S2, de manera que el
motor M esté conectado directamente con la red eléctrica y
simultáneamente el transformador T esté separado tanto de la red
como del motor M o que el lado primario del transformador T esté
conectado a la red a través del segundo conector de
estrella/triángulo S3 y que el lado secundario del transformador T
esté conectado con el motor M a través del tercer conector de
estrella/triángulo S4 y del primer conector de estrella/triángulo
S1.
Una vez ajustado el estado de conexión mencionado
en último lugar, continúa existiendo, gracias al dispositivo de
mando ST, la opción de conectar, a través del conector de
estrella/triángulo S3, el lado primario del transformador T con la
red o bien en la modalidad de conexión en triángulo o bien en la
modalidad de conexión en estrella y en cualquiera de estas
posiciones de conexión del segundo conector de estrella/triángulo S3
existe, gracias al dispositivo de mando ST, la opción de situar,
mediante el tercer conector de estrella/triángulo S4, el lado
secundario del transformador en la modalidad de conexión en estrella
o en la modalidad de conexión en triángulo y en esta configuración
conectarlo al motor M a través del primer conector de
estrella/triángulo S1. Estas diferentes opciones aparecen indicadas
en la tabla siguiente.
| Nº de | Transf. T | Transf. T | Transf. T | Transf. T | Motor M | Motor M |
| opción | Primario Y | Primario \Delta | Secundario Y | Secundario\Delta | Y | \Delta |
| 1 | - | X | X | - | - | X |
| 2 | - | X | X | - | X | - |
| 3 | - | X | - | X | X | - |
| 4 | - | X | - | X | - | X |
| 5 | X | - | X | - | - | X |
| 6 | X | - | X | - | X | - |
| 7 | X | - | - | X | X | - |
| 8 | X | - | - | X | - | X |
| 9 | Motor a red | - | X | |||
| 10 | Motor a red | X | - | |||
| \begin{minipage}[t]{155mm} Nota: En las opciones 1 a 10 el conmutador de dos niveles S2 se encuentra en la posición en que el transformador es incorporado a la alimentación de corriente del motor M, en las opciones 9 y 10 el transformador T está completamente sin tensión.\end{minipage} |
De este modo pueden lograrse una gran variedad de
revoluciones por minuto del motor con un coste mínimo.
Claims (1)
1. Conmutador de suministro de corriente para un
motor asíncrono trifásico (M), que puede operarse selectivamente en
la modalidad de conexión en triángulo y en la modalidad de conexión
en estrella mediante un primer dispositivo de conexión (S1), que
contiene un transformador de corriente trifásica (T), cuyo lado
primario está dimensionado para la tensión de alimentación máxima en
la modalidad de conexión en triángulo y cuyo lado secundario está
dimensionado para una tensión en la modalidad de conexión en
estrella que se sitúa aproximadamente entre la tensión de
alimentación máxima fase respecto a fase y la tensión de una única
fase de la misma, un segundo dispositivo de conexión (S2) mediante
el cual el motor (M) puede conectarse directamente a la red
eléctrica y/o al lado secundario del transformador (T), un tercer
dispositivo de conexión (S3) mediante el cual el lado primario del
transformador (T) puede configurarse en la modalidad de conexión en
triángulo y en la modalidad de conexión en estrella, un cuarto
dispositivo de conexión (S4) mediante el cual el lado secundario del
transformador (T) puede configurarse en la modalidad de conexión en
estrella y en la modalidad de conexión en triángulo y un dispositivo
de mando (ST) conectado a uno de los dispositivos de conexión (S1 a
S4) para la activación selectiva del mismo.
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