¿Cuál es la diferencia en los diagramas de cableado de los devanados del motor en estrella y en triángulo?

El sistema de corriente eléctrica trifásica fue desarrollado a finales del siglo XIX por el científico ruso M.O.Dolivo-Dobrovolsky. Tres fases con tensiones desplazadas 120 grados entre sí, entre otras ventajas, facilitan la creación de un campo magnético giratorio. Este campo arrastra los rotores de los motores eléctricos asíncronos trifásicos más comunes y sencillos.

Los tres devanados del estator de estos motores suelen estar conectados en estrella o en triángulo. Los términos "estrella" y "delta", abreviados como S y D, se utilizan en la literatura extranjera. La designación mnemotécnica más común es D e Y, lo que a veces puede llevar a confusión: la letra D puede utilizarse para designar tanto "estrella" como "delta".

Tensiones de fase y de línea

Para entender las diferencias entre las conexiones de los bobinados, primero es necesario comprender los conceptos de tensiones de fase y tensiones de línea. Una tensión de fase es la tensión entre el principio y el final de una fase. La tensión lineal es la tensión entre los mismos terminales de diferentes fases.

Para una red trifásica, las tensiones de línea son las tensiones entre las fases, por ejemplo, A y B, y las tensiones de fase son las tensiones entre cada fase y el conductor neutro.

Así, las tensiones Ua, Ub, Uc serán tensiones de fase y Uab, Ubc, Uca serán tensiones de línea. La diferencia entre estas tensiones es de una sola vez. Así, para una red doméstica e industrial de 0,4 kV, las tensiones de línea son de 380 voltios y las de fase de 220 voltios.

Conexión de los devanados del motor en conexión en estrella

En una conexión en estrella, los tres bobinados se unen en un punto común con sus extremos en estrella. Los extremos libres están conectados cada uno a una fase diferente. En algunos casos, el punto común está conectado a la barra de neutro de la red eléctrica.

La figura muestra que para esta conexión se aplica la tensión de fase de la red a cada devanado (para redes de 0,4kV - 220 voltios).

Conexión del bobinado del motor eléctrico en conexión delta

En el circuito en triángulo, los extremos del bobinado están conectados en serie. Se forma una especie de círculo, pero en la literatura se adopta el nombre de "delta" por el trazado que se utiliza con frecuencia. El cable neutro en esta versión no tiene dónde conectarse.

Obviamente, las tensiones aplicadas a cada devanado serán lineales (380 voltios por devanado).

Comparación de los diagramas de cableado entre sí

Para comparar los dos circuitos entre sí, es necesario calcular la potencia eléctrica desarrollada por el motor eléctrico para una u otra conexión. Para ello, considere los conceptos de corriente de línea (Ilin) y corriente de fase (Iphase). La corriente de fase es la que circula por el devanado de fase. La corriente lineal fluye a través de un conductor conectado al terminal del bobinado.

En las redes de hasta 1000 voltios, la fuente de electricidad es un transformadorEl secundario de un transformador cuyo devanado está conectado en estrella (de lo contrario no sería posible proporcionar un conductor neutro), o un generador cuyos devanados están conectados de la misma manera.

En la figura se puede observar que en la conexión en estrella las corrientes del conductor y las del bobinado del motor son iguales. La corriente de una fase viene determinada por la tensión de fase:

   

donde Z es la resistencia del devanado de una fase, se puede suponer que son iguales. Se puede escribir que

   

.

En el caso de la conexión en triángulo, las corrientes son diferentes: están determinadas por las tensiones de línea aplicadas a la resistencia Z:

   

.

Por lo tanto, en este caso .

Ahora podemos comparar la potencia total () que consumen los motores de los distintos circuitos.

• para una conexión en estrella la potencia aparente es ;
• para la conexión en triángulo la potencia aparente es .

Así, con la conexión en estrella, el motor desarrolla tres veces menos potencia que con la conexión en triángulo. Esto también tiene otros efectos positivos:

• se reducen las corrientes de entrada;
• el motor funciona y arranca más suavemente;
• el motor puede hacer frente a sobrecargas de corta duración;
• el comportamiento térmico del motor asíncrono se hace más suave.

La otra cara de la moneda es que un motor con bobinado en estrella no puede desarrollar su máxima potencia. En algunos casos, el par puede no ser suficiente para hacer girar el rotor.

Formas de conmutación de los circuitos estrella-triángulo

La mayoría de los motores están diseñados para poder cambiar de una conexión a otra. Los inicios y finales de los devanados están situados en el bloque de terminales, de modo que la estrella puede conectarse en triángulo simplemente cambiando la posición de las almohadillas de los devanados.

El propietario del motor eléctrico puede elegir si desea un arranque suave, con bajas corrientes de arranque y un funcionamiento fluido, o la mayor potencia desarrollada por el motor. Si se necesitan ambos, es posible conmutar automáticamente con contactores de alta potencia.

Cuando se pulsa el botón de arranque del SB2, el motor se enciende en configuración de estrella. El contactor KM3 está energizado, sus contactos bloquean los cables del bobinado del motor en un lado. Los cables opuestos se conectan a la red, cada uno a una fase diferente, a través de los contactos de KM1. Cuando este contactor está activado, se aplica una tensión trifásica a los devanados y se acciona el rotor del motor. Después de un cierto tiempo fijado en el relé KT1, la bobina KM3 se conmuta, se desenergiza, el contactor KM2 se energiza, conmutando los devanados en triángulo.

El cambio de marchas tiene lugar después de que el motor haya alcanzado las revoluciones. Este momento puede controlarse a través del sensor de velocidad, pero en la práctica es más sencillo. El cambio se controla mediante relé de tiempo - después de 5-7 segundos se supone que el proceso de arranque ha finalizado y el motor puede pasar a la máxima potencia. Un funcionamiento prolongado que supere la carga en estrella puede dañar el accionamiento.

Al realizar esta operación hay que tener en cuenta lo siguiente:

1. El par de arranque de un motor con conexión en estrella es considerablemente inferior al de un motor con conexión en triángulo, por lo que un motor con condiciones de arranque difíciles no siempre puede arrancarse de este modo. Simplemente no arranca. Entre estos casos se encuentran las bombas de accionamiento eléctrico que funcionan con contrapresión, etc. Estos problemas pueden resolverse utilizando un motor con rotor de fase, aumentando suavemente la corriente de excitación en el momento del arranque. El arranque en estrella se utiliza con éxito con bombas centrífugas que funcionan con una compuerta cerrada, cargas de ventiladores en el eje del motor, etc.
2. Los devanados del motor eléctrico deben ser capaces de soportar la tensión de línea de la red eléctrica. Es importante no confundir los motores D/Y de 220/380 voltios (normalmente motores de inducción de baja potencia hasta 4kW) con los motores D/Y de 380/660 voltios (normalmente de 4kW y más). La red de 660 voltios casi no se utiliza, pero sólo los motores eléctricos con esta tensión nominal pueden utilizarse para la conmutación estrella-triángulo. Un accionamiento trifásico de 220/380 sólo puede conmutarse en conexión en estrella. No deben utilizarse en el circuito de conmutación.
3. Debe respetarse una pausa entre la desconexión del contactor en estrella y la conexión del contactor en triángulo para evitar el solapamiento. Pero no debe aumentarse demasiado para evitar que el motor se cale. Si haces el circuito tú mismo, es posible que haya que ajustarlo experimentalmente.

También se utiliza la conmutación inversa. Tiene sentido si un motor potente está funcionando temporalmente con una carga pequeña. El factor de potencia es bajo porque el consumo de potencia activa está determinado por el ciclo de trabajo del motor. La potencia reactiva está determinada principalmente por la inductancia de los devanados, que es independiente de la carga en el eje. Para mejorar la relación entre el consumo de potencia activa y reactiva, los devanados pueden cambiarse a una disposición en estrella. Esto también puede hacerse de forma manual o automática.

El circuito de conmutación se puede montar con elementos discretos: relés de tiempo, contactores (arrancadores), etc. También existen soluciones estándar que integran el circuito de conmutación automática en una sola caja. Sólo hay que conectar el motor y la alimentación trifásica a los terminales de salida. Estos dispositivos pueden tener diferentes nombres, por ejemplo, "relé de tiempo de arranque", etc.

Conmutar los devanados del motor en diferentes circuitos tiene ventajas y desventajas. Conocer las ventajas y los inconvenientes es la base para un funcionamiento correcto. Así, el motor durará mucho tiempo, aportando el máximo efecto.

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