Preocupaciones en la Corrección del Factor de Potencia en los Motores de Inducción automatica.

Introducción
Normalmente los condensadores para la corrección del factor de potencia se aplican al circuito de un motor de inducción (asíncrono) para reducir la corriente inductiva o desfasada asociada con la corriente de magnetismo del motor de inducción. En muchas aplicaciones (generalmente cuando el motor es grande), un solo condensador o filtro de corrección del factor de potencia se aplicará a los terminales de carga de costado del controlador del motor como se ve en la Figura 1 a continuación. Para esta aplicación, el condensador es activado cuando el controlador del motor está cerrado (motor funcionando). El beneficio para este tipo de aplicación es el siguiente:

• Los requerimientos de la energía reactiva del motor solo son suministrado cuando el motor está funcionando. Esto produce de manera efectiva un control automático del factor de energía.
• El costo total del equipo es reducido a medida que el controlador del motor desempeña la función de conmutación del condensador.
• El perfil de tensión del motor es improvisado.

Un gran inconveniente para este tipo de aplicación de condensador, sin embargo, es una medición inapropiada del condensador que puede llevar a la falla del motor. El sobre exigir un condensador conlleva a la auto-excitación del motor, lo cual puede resultar en una falla de aislamiento del motor. La auto-excitación ocurre cuando la corriente reactiva capacitiva del condensador es mayor que la corriente de magnetismo del motor de inducción. Cuando esto pasa, tensiones excesivas pueden resultar en los terminales del motor. Esta excesiva tensión puede causar la degradación del aislamiento y puede resultar en la falla del aislamiento del motor. La figura 2 a continuación ilustra un diagrama de circuito simplificado por el motor y condensador desconectado.

Figura 1 – Típica Aplicación del Condensador de Corrección del Factor de Energía en el Motor de Inducción.

Auto Partida del Motor de Inducción
Para entender el fenómeno de la auto-excitación y por qué puede ocurrir la alta tensión, primero se debe entender que cuando el motor se conecta a la fuente con el controlador del motor cerrado, un campo magnético rotativo se activa entre el devanado estatórico y el devanado rotórico del motor de inducción (en el entrehierro del motor). De este campo magnético rotativo se puede pensar que es energía almacenada. Cuando se apaga el motor, la energía almacenada aun presente en el entrehierro del motor comienza a colapsar y producir una corriente en el devanado rotórico. Esta energía rotórica induce una tensión en el devanado estatórico y en los terminales del motor, los cuales están desconectados (el motor se convierte en un generador). Debido a que el motor acaba de ser desconectado, todavía está girando por la velocidad inerte rotativa la cual disminuirá en el tiempo. La velocidad de decadencia produce una tensión posterior (y un flujo de corriente a través del condensador) en una frecuencia en decadencia (empezando en un valor cercano a los 60 hertz). Cuando la frecuencia de la tensión terminal del motor iguala la frecuencia resonante del motor y la combinación de reactancia del condensador, se puede producir una alta tensión. Esta alta tensión puede conllevar a la falla en la instalación del motor.

Figura 2 – Diagrama del Circuito Simplificado para el Controlador del Motor y los Condensadores de Corrección del Factor de Energía (Diagrama para el Controlador del Motor en posición de Apertura).

Para crear una auto-excitación, la reactancia capacitiva del condensador debe ser menor que la reactancia del motor (esto pasa se elige agrandar el condensador). Esta combinación de reactancia resultará en una frecuencia resonante menor a los 60 hertz (para el circuito en el diagrama anterior). Por lo tanto, a medida que el motor reduce la velocidad, la frecuencia de la tensión terminal del motor disminuirá del valor cercano a los 60 hertz hasta los 0. Cuando la frecuencia de tensión terminal del motor pasa a través del montaje de frecuencia resonante entre la reactancia del condensador y la reactancia del motor, la tensión terminal será muy alta, solo limitada por las propiedades del hierro. Dependiendo de la inercia del motor, esta resonancia (o alta tensión) puede estar presente por un considerable período de tiempo.

Por otro lado, si la reactancia capacitiva es mayor que la reactancia magnética del motor (esto pasa en condensador del tamaño apropiado), la frecuencia resonante es mayor que la velocidad del motor (mayor que los 60 hertz). Bajo esta condición, cuando el motor es desconectado, la frecuencia en la tensión terminal de decadencia nunca corresponderá con la frecuencia resonante del motor y la combinación de reactancia del condensador. Por lo tanto, no ocurrirá una condición de alta tensión.

La figura 3 a continuación ayuda a ilustrar cómo agrandar un condensador puede resultar en una condición de sobretensión en el motor. La figura muestra un gráfico del condensador y la tensión magnética del motor contra las ondas de corriente. Como se puede apreciar, la curva magnética del motor doblada, la cual es una característica del hierro. La característica del condensador en una línea estrecha. Se han dibujado dos características del condensador en el gráfico, una que representa un condensador de tamaño apropiado, y una que representa un condensador de tamaño no apropiado (para agrandar un condensador). La curva nombrada como “A” tiene el tamaño apropiado porque su corriente capacitiva es menor que la de la corriente magnética en una tensión nominal. La curva nombrada como “B” no tiene el tamaño apropiado porque su corriente capacitiva es mayor que la de la corriente magnética en una tensión 1 por unidad. Cuando está desconectada, la curva “B” en la figura 3 muestra un punto operativo válido en una tensión de 140%. Esta tensión puede ocurrir a medida que el motor baja su velocidad y pasa a través de su frecuencia resonante.

Figura 3 – Típica Curva de Saturación del Motor y Curvas Características del Condensador en una frecuencia dada.

Conclusiones y Recomendaciones

Cuando se aplican los condensadores en las terminales del motor, es importante que el condensador sea del tamaño correcto. Agrandar un condensador puede causar una auto-excitación del motor y llevar a una falla en el aislamiento del motor.

NEPSI recomienda que se utilice una de las siguientes técnicas cuando se aplican condensadores o filtros armónicos directamente en los terminales de un motor de inducción:

• Pida una clasificación de kvar recomendada del fabricante del motor.
• Dimensionar el condensador a un 80% de la clasificación de corriente sin carga (corriente magnética) del motor. En ningún caso la clasificación puede ser mayor que el 90%.
• Utilice los motores de inducción de las tablas de tamaño del condensador recomendados. Sin embargo, las tablas de motor no garantizan un condensador de tamaño apropiado y puede que no justifiquen diseños de motores más eficientes y nuevos. Los valores publicados en estas tablas se han encontrado ser en muchos casos aceptables. Si se utilizan las tablas, NEPSI recomienda que la tensión terminal del motor sea revisado en la puesta en marcha del motor.
• Mida la corriente del motor sin carga y dimensione el tamaño del condensador a un 80% de la clasificación de corriente sin carga del motor.

Para ventas en Latinoamérica:

Ingeniería y Desarrollo Tecnológico S.A.

www.idt.cl
info@idt.cl
teléfono: +56 (2) 719-2200
fax: +56 (2) 742-3934
Contacto: Rodrigo Dünner

Northeast Power Systems, Inc.
66 Carey Road
Queensbury, New York 12804
Teléfono: 518-792-4776
Fax: 518-792-5767