Determinación del modo de arranque de motores de AT

 

Este post se complementa con el publicado en este blog con el título: “Procedimientos de arranque de Motores de Alta Tensión” disponible en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2021/10/procedimientos-de-arranque-de-motores.html

El objetivo del siguiente ejemplo no es abordar completamente un problema, sino ilustrar, de manera concreta, un proceso que guíe la elección del modo de arranque de un motor de Alta Tensión.  

Hipótesis de cálculo

Motor asíncrono de

■ Potencia nominal Pn = 1500 kW

■ Tensión nominal Un = 5500 V

■ Rendimiento x factor de potencia: ɳ X cos φ = 0,84

■ Relación entre el par de arranque y el par nominal a plena tensión: Cd = 0,8 Cn.

■ Relación entre la corriente de arranque y la corriente nominal a plena tensión: Id = 5 In.  

■ Par de arranque de la máquina accionada: 0,2 Cn

■ Potencia del transformador de alimentación principal Pt = 3 MVA

■ Punta máxima de potencia aparente limitada por la red del transformador St = 6 MVA.

Otros datos necesarios para el cálculo:

■ Característica par-velocidad C(N) del motor

■ Característica del par resistente velocidad Cr(N) de la máquina accionada

■ Potencia de otras cargas del transformador distintas al motor: 1200 kVA con cos φ = 0,87.

Arranque directo

Solución económica y sencilla de realizar, implica la necesidad de comprobar si la red de alimentación es capaz de soportarla.

Potencia aparente del motor al inicio del arranque 

teniendo, como factor de potencia en el arranque, cos φd = 0,15 o bien φd ≈ 81º.

Esta potencia se suma vectorialmente a la entregada por el transformador a las demás cargas (fig. 1). Se deduce gráficamente el valor total de la potencia aparente solicitada al transformador S ≈ 9580 kVA.

La punta máxima limitada es 6000 kVA, el arranque directo no será posible.

Arranque por reactancia

La introducción de una reactancia permite reducir la potencia aparente absorbida por el motor. La potencia disponible para el arranque se determina gráficamente (fig. 1).

La presencia de la reactancia acerca a cero el factor de potencia en el arranque del motor.

En tal caso φd ≈ 90º

OA = 1.200 kVA: potencia del transformador utilizada en otras cargas 

OB = St = 6.000 kVA: potencia aparente máxima limitada.

La potencia aparente disponible para el arranque (motor + reactancia) se deduce gráficamente  AB = Sd = 5300 kVA

Reducción de potencia que debe originar la reactancia:

Figura 1

 

Resuelto el problema desde el punto de vista eléctrico, queda por verificar si esta solución es válida desde el punto de vista mecánico.

En arranque directo, el par de arranque Cd = 0,8 Cn. (Fig. 2).

En el arranque por reactancia,

Este valor es compatible con el par de arranque de la máquina accionada.

Queda por comprobar un último punto: si el punto de equilibrio mecánico Cm = Cr se sitúa en una velocidad demasiado baja, la conmutación a plena tensión puede efectuarse con riesgo de una punta de corriente. Si es demasiado alta para la red, se debe reconsiderar el modo de arranque y elegir, por ejemplo, el arranque por autotransformador (fig. 2).

Figura 2

Nota 1

Supongamos que el par resistente de la máquina accionada tiene un valor de 0,35 Cn en lugar de 0,2 Cn. El arranque por reactancia sería incompatible con el par resistente.

Es hace necesario considerar la solución de un arranque por autotransformador.

La potencia aparente disponible sigue siendo Sd = 5.300 kVA.

A este valor, se deducirá. la potencia magnetizante del autotransformador Smg que en el primer momento de arranque se suma aritméticamente a la potencia aparente del motor. Smg es del orden de 0,2 a 0,4 veces la potencia nominal aparente del motor.

Con el coeficiente 0.4 sería: 

El coeficiente de reducción de potencia se convierte entonces en 

A tensión constante Un, la punta de corriente en el lado de la red es por tanto: 0,513 Id.

Determinación de la tensión de arranque reducida Ud.

La igualdad de las potencias primaria y secundaria del autotransformador permite escribir 0,513 Id Un = I"d Ud

 I"d corriente de arranque a tensión reducida en el lado del motor, donde: 

Ud = 0.718 Un

Nuevo par de arranque: 

Este valor es suficiente para permitir el arranque.

Nota 2

Para un par resistente mayor de 0,41 Cn, el arranque estatórico con este motor no es posible - Sería necesario utilizar un motor de rotor bobinado con arranque rotórico o un motor de jaula de ardilla especialmente adaptado con un par de arranque alto.