Determinación de la capacidad de los condensadores de arranque y marcha para motores asincrónicos
Rolando Manero
omar graterol
Rolando, tu pregunta me confunde, ya que hablas de motores trifásicos, y hablas de capacitores de arranque; en este caso específico, no se requieren capacitores de arranque, ya que el par de arranque se obtiene de el desfasaje entre las diferentes fases.
El propósito de los capacitores de arranque, en un motor monofásico, es lograr un desfasaje entre el sistema o voltaje aplicado al devanado de trabajo, y el voltaje aplicado al devanado de arranque, para lograr el torque de arranque por la interacción entre los dos campos defesados; inclusive esto se puede lograr hasta con una resistencia, o variando la resistencia del devanado de arranque, con respecto a la del devanado de trabajo.
En el caso de motores monofásicos, además de las variaciones que cada fabricante tenga en su diseño, existen varios tipos de motores monofásicos que usan capacitores de arranque, entre ellos tenemos los siguientes: 1. Motores de Inducción, de fase partida sin Capacitor de Arranque. Son motores que como su nombre lo indica, fase partida, tienen dos devanados, de los cuales uno es el de trabajo y otro es el de arranque, en este último tienen un Switche centrífugo o un relé de voltaje, cuya función es desconectar el devanado de arranque al llegar al 75% de su velocidad nominal. Su característica principal es que el devanado de arranque es mucho más fino que el devanado de trabajo (Mayor Resistencia), por lo cual tendrá un factor de potencia diferente al del devanado de trabajo , logrando así el desfasaje con respecto con lo cual también se logra el par de arranque, este devanado se desconecta al llegar el motor al 75% de su velocidad, estos motores desarrollan un torque de arranque entre el 100 y 175% del torque nominal del motor y son generalmente, motores pequeños (1/20 a 1/3 de hp).
2. Motores de Inducción, de fase partida con Capacitor de Arranque. Son de similar construcción que el anterior, solo que para su arranque, en serie con el devanado de arranque, utilizan un capacitor. Su torque de arranque oscila entre el 200 y 400%.
3. Motores de Inducción, de fase partida con Capacitor en el Bobinado de Arranque, conectado en forma permanente. Este tipo de motor, también es de similar construcción que el anterior, pero sin Switche de desconexión, lo cual indica que el capacitor queda permanentemente conectado al motor durante su ciclo normal de trabajo. Su torque de arranque varía entre el 30% y el 150% de su torque nominal.
4. Motores de Inducción, de fase partida con Capacitor en el Bobinado de Arranque, conectado en forma permanente, y Capacitor adicional en el bobinado de arranque. Como se puede ver, este motor es de similar diseño que el anterior, solo que tiene un capacitor adicional de arranque, en paralelo con el capacitor permanente. En este caso cuando el motor llega al 75% de su velocidad, se desconecta solo el capacitor de arranque, quedando el motor trabajando con los dos devanados y un capacitor, que queda permanentemente conectado al motor durante su ciclo normal de trabajo. Este motor se usa en aplicación con altos requerimientos de torque, y en motores desde 1 hasta 10 HP.
Solo como una prueba, y para propósitos de fijar el concepto de par de arranque, un motor monofásico, sin el capacitor de arranque, puede ser arrancado dando un impulso manual al eje, facilitando el arranque.
Como ya se vio, hablar de motores monofásicos y el cálculo de sus capacitores de arranque no es algo que se pueda aclarar con una receta sencilla (Existen muchas variantes); en todo caso, a continuación les presento un método de cálculo aproximado para tener una idea del cálculo de un capacitor, para un motor monofásico, con capacitor de arranque conectado en forma permanente. Se asume que 1 HP es igual a 1 kVAr, entonces: Qc= kVAr del Capacitor. P= Potencia del Motor en kW Qc = 1,35 P, en kVAr Uc= Voltaje en los extremos del capacitor f = Frecuencia de la red C = Capacitancia del Capacitor en mfaradios Xc=Reactancia Capacitiva = 1 / (2p * f * C * 10^-6), en Ohmios Qc = Uc^2 / Xc = Uc^2 * 2p * f * C * 10^-9 , en kVAr De donde : C = Qc / (Uc^2 * 2p * f * 10^-9) Ahora, conociendo el voltaje del capacitor y conociendo la potencia y la frecuencia, podemos conocer la capacitancia del capacitor. El problema ahora es determinar el voltaje del capacitor, el cual depende de la relación de vueltas entre el devanado del trabajo y el devanado de arranque; aquí es donde está la aproximación, ya que como dijimos cada fabricante tiene su diseño y esta relación varía entre uno y otro, con lo cual varia el voltaje del capacitor. El voltaje del capacitor, se puede determinar, por la siguiente expresión: Us = Voltaje aplicado a los terminales del bobinado de trabajo o a los terminales del Motor, voltaje de la fuente. n = Relación de vueltas entre el devanado de devanado de trabajo y el devanado de arranque. Uc = Us * ((1+n^2)^0,5) Según estimaciones, podemos adoptar un valor de n entre 0,5 y 1,5 (esto depende del criterio del fabricante, quienes deciden con base su evaluación entre más o menos vueltas en el devanado de arranque, vs. Los costos del capacitor) Con este dato estimado (Adoptemos en este caso n= 1,4), podemos calcular el voltaje del capacitor, aplicando la formula anterior, lo cual debe ser como sigue: Uc = Us * ((1+n^2)^0,5) Us = 220 Vac. Uc = Us * ((1+n^2)^0,5) = 220 * (( 1+(1,4) ^2)^0,5) Uc= 220 * ((1+1,96) )^0,5)= 220 * 1,72 = 378 Vac Ahora, para un motor con una potencia de 0,5 kW , el calculo de la capacitancia será como sigue: f = 60 Hz Qc = 1,35 P = 1,35 * 0,5 = 0,675 kVAr C = Qc / (Uc^2 * 2p * f * 10^-9) = 0,675 / (( 378)^2)*2*3,1416*60*10^-3) C = 12,5 mfaradios Como pueden ver, la clave es la relación de vueltas entre el devanado de trabajo y el devanado de arranque. Otra forma de calcularlo, es conociendo la corriente del devanado de arranque ID.arr., en este caso, el cálculo es como sigue: Como ejemplo tendremos el caso de un motor de 0,05 kW, y una ID.arr de 0,2Amp. Qc = 1,35 P = 1,35 * 0,05 = 0,0675 kVAr Uc = ID.arr *Xc = ID.arr/(2p * f * C * 10^-6) = 0,2 /(2*3,1416*60*C*10^-6) Siendo C = Qc / (Uc^2 * 2p * f * 10^-3) = 0,0675/(Uc^2*2*3,1416*60*10^-3) Resolviendo las ecuaciones obtenemos:
Bueno Rolando, creo que la nota se hizo algo larga, pero ese es el procedimiento. Si tienes algun comentario, o duda, me informas. OJO,..tengo esta nota en un archivo WORD. Saludos,............. Omar Graterol Ingeniero Electricista Maracaibo – Zulia – Venezuela Telf. 58-261-7436648 Cel. 58-414-6338693 |
Rolando Manero
----- Original Message -----From: Franco AyalaTo: Rolando ManeroSent: Friday, August 20, 2010 1:22 PMSubject: Re: [LESM] Determinación de la capacidad de los condensadores de arranque y marcha para motores asincrónicosEstimado Rolando,Si me comentas de condensadores de arranque y marcha, quiero pensar que estas hablando de motores monofasicos ya que estos necesitan condensadores de arranque para su correcto funcionamiento (hay otros que no lo hacen).Este valor de condensador se calcula teniendo los valores del motor en vacio y en corto circuito (rotor bloqueado), segun esto se puede dimensionar los valores que el condensador necesita para su correcto funcionamiento.Recuerda que tiene que desfasarse 90° entre el principal y el auxiliar.Saludos.Franco AyalaIngeniero de Soporte TecnicoMaquinas RotativasABB S.A.