Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Acoplamiento Motor/Carga

Potencias de entrada y salida. Rendimiento

Todo motor eléctrico, como acoplador o transductor electromecánico, se encuentra acoplado a una carga mecánica y alimentado por la energía eléctrica de la red. La carga mecánica absorbe un par resistente útil suministrado por el eje del motor. Para ello, la red eléctrica suministra una potencia eléctrica.

En cualquier momento se cumple:

Potencia reactiva de entrada: Es la necesaria para crear el flujo magnético y producir la conversión electromagnética.

Potencia activa de entrada: Es la potencia dedicada a producir la potencia mecánica en el eje, o potencia útil, y a superar las pérdidas mecánicas en rozamientos y ventilación.

Las pérdidas de potencia activa quedan evaluadas por el rendimiento.

Optimizar el rendimiento y reducir el consumo de reactiva

El consumo de energía reactiva, Qe, interesa que sea lo más pequeño posible, con el fin de que el ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad sean pequeños (factor de potencia cercano a la unidad).

El rendimiento, en cambio, interesa que sea lo mayor posible. Para motores pequeños es del orden del 60% y para motores grandes es del orden del 97%.

Comportamiento del motor según la curva Par-Velocidad

El punto de funcionamiento del conjunto motor cargas se determina por corte de la característica del par-motor y la característica del par-resistente de la carga.

Si el Par resistente debido a la carga es mayor que el máximo de la curva del Par motor, la máquina no podrá vencerlo y se parará (curva a).

Punto de arranque

Corresponde a la velocidad cero (n = 0) o estado de reposo. El par que puede proporcionar es el par de arranque, G_ARR, y la intensidad de arranque que solicita de la red es I_ARR, que suele alcanzar valores de hasta 8 In.

El par de arranque suele ser de 1,5 a 2,5 veces el par nominal del motor Gn.

Punto de funcionamiento estable

En condiciones de funcionamiento estable las magnitudes Par-Velocidad que solicita la carga son iguales al Par-Velocidad suministradas por el motor y coincidentes en el punto B.

Por ejemplo, si se aumenta la velocidad, punto B', el par que requiere la carga, TB', es mayor que el que proporciona el motor, Tn, y se produce una deceleración que hace volver al sistema al punto B. Por el contrario, si la velocidad disminuye, punto B", el par proporcionado por el motor TB", es mayor que el que necesita la carga y se produce una aceleración que vuelve a llevar al sistema al punto B.

Punto de funcionamiento en vacío

Si el motor se arranca en vacío, sin carga mecánica alguna, proporciona el par de arranque G_ARR El par sigue la trayectoria de la curva pasando por el valor mínimo (Gmin), punto D; por el valor máximo Gmax, punto M, hasta llegar al punto B de funcionamiento estable, que proporciona en el eje el par útil o nominal Gn.

El punto P₀ es de funcionamiento en vacío, en el que el par suministrado es nulo y la velocidad (n₀), la de vacío, que sabemos es un poco mayor a la nominal e inferior a la de sincronismo.

Tiempo de arranque de la máquina

Para vencer la inercia de la carga y mantener la velocidad nominal, se necesita que en el momento del arranque el par del motor G_ARR sea mayor que el nominal de la máquina Gn, y que el par que produce el motor sea también mayor que el par resistente. En definitiva hace falta que exista un par de aceleración Gacel.

Conocido el par medio de aceleración, puede calcularse el tiempo de arranque de la máquina