EL ARRANQUE DE LOS MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS

ARRANQUE DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS

Introducción

Los motores eléctricos en general tienen una elevada corriente de arranque, especialmente cuando lo hacen a carga plena. Esta elevada corriente en motores muy potentes, puede dañar el  motor y la línea de alimentación. Como consecuencia de ello, aparecen fenómenos indeseables tales como el sobre-calentamiento de los conductores de alimentación o la caída de tensión que pueden provocar daños en otros equipos alimentados desde el mismo cuadro.

Para evitar estos daños, se recurre a arrancar estos motores a tensiones inferiores a la de su tensión de servicio. Para ello se usan varios procedimientos diferentes:

Arranque mediante resistencias:

Este sistema consiste en arrancar el motor a tensión reducida, intercalando en el circuito de alimentación  una resistencia en cada fase, que se eliminan progresivamente o de una sola vez. La corriente absorbida es máxima en el momento del arranque del motor y disminuye gradualmente a medida que el motor acelera, así se la caída de tensión exterior disminuye y la tensión en bornes del motor aumenta progresivamente. Este sistema de arranque presenta una ventaja importante sobre el arranque estrella-triángulo (citado más adelante) de transición abierta, que es la continuidad de la alimentación del motor. 

Arranque mediante transformador

Es el  mejor procedimiento de arranque  de un motor de rotor en cortocircuito  y, por tanto, el sistema de arranque más racional, porque presenta la particularidad de poder modificar el par de arranque inicial según la toma del transformador que se elija, lo que no ocurre en el arrancador estrella-triángulo, en el cual el par inicial es siempre 1/3 del par de arranque del motor. Con respecto al arrancador mediante resistencias presenta la ventaja de no ocasionar  pérdidas exteriores de potencias durante el arranque. La tensión de arranque puede elegirse fácilmente al poner en servicio la máquina accionada. Para ello puede preverse una serie de tomas que permitan fijar el par de arranque adecuado para la máquina accionada; estas tomas suelen ser el 55, 65 y 80% de la tensión de línea.

Arranque en estrella triángulo.

Este tipo de arranque consiste en conectar el motor en estrella y suministrarle la tensión correspondiente al triángulo, y una vez alcanzada la velocidad nominal se conecta el motor en triángulo. Para que el arranque en estrella/triángulo sea posible, es necesario que la tensión correspondiente a la conexión en triángulo, coincida con la tensión de la red. Por ejemplo para poder arrancar un motor en estrella/triángulo con una red de 400 voltios (entre fases), es necesario que el motor sea 400/660 V., un motor 230/400 V., no se podría arrancar en estas condiciones, para su arranque sería necesario que usar otro procedimiento.

En el momento del arranque el interruptor estrella, y el interruptor de línea deben de estar cerrados. Una vez alcanzada la velocidad nominal y la corriente nominal, se abre el interruptor estrella y se cierra el interruptor triángulo, manteniendo el de línea cerrado.

6.4 Arranque mediante sistema “part-winding”:

El arranque part-winding, es un tipo de arranque que requiere motores con doble devanado (doble estrella o doble triángulo).

El procedimiento consiste en arrancar el motor con un solo devanado obteniéndose el 50% de intensidad en el campo corriente giratorio (fuerza magnética), trabajando con una intensidad de corriente eléctrica  en torno al 50% de la corriente nominal. Cuando se ha alcanzado la velocidad y el par  motor nominal, se conecta la segunda bobina.

Este sistema se utiliza mucho en motores eléctricos que tengan que  arrancar con un par motor muy elevado. En este tipo de arranque lo que disminuye no es su tensión, sino la intensidad de campo magnético giratorio generado en el estator.

6.5 Arranques electrónicos:

6.5.1. Generalidades:

Los arrancadores electrónicos, son equipos electrónicos capaces de hacer que el motor arranque lentamente, incrementando paulatinamente la velocidad en el rotor. Para conseguirlo se usan dos tipos de equipos: los arrancadores suaves (llamados también arrancadores electrónicos o soft-star) y los variadores de frecuencia.

6.5.2. Arrancadores suaves:

Son equipos capaces de enviar al motor una tensión creciente durante el periodo de arranque al motor. Esta tensión suele variar desde el 40% de la tensión nominal (inicio del arranque), hasta el 100% (velocidad nominal).

Estos equipos usan tiristores que son un tipo de semiconductores de potencia capaces de funcionar como interruptores estáticos. La apertura y el cierre de los tiristores se controlan mediante el envío de un impulso eléctrico a un electrodo de control denominado puerta.

En función de cómo sean los impulsos recibidos la tensión que llega al motor  a través de los tiristores es mayor o menor. Por lo tanto controlando estas señales de impulsos es posible variar la tensión enviada al motor. Los arrancadores suaves mandan impulsos a la puerta de los tiristores de forma tal, que la tensión de salida del equipo sea progresiva en función del tiempo y de la corriente de arranque. El resultado es un arranque suave controlado.

Los arrancadores suaves son capaces también de controlar la parada de los motores.

El problema de la parada de los motores eléctricos: En algunos procesos industriales es necesario parar los motores eléctricos de forma controlada, de acuerdo con esto, un motor eléctrico se pueden parar de tres formas diferentes:

Parada por desalimentación: es una parada en la que se retira tensión del circuito de potencia, y se deja que este se pare libremente por inercia, en este caso el tiempo de parada dependerá de las características de la máquina acoplada al motor. Un ventilador por ejemplo, tiene un tiempo de parada por desalimentación superior al de un compresor. En un compresor el movimiento de los pistones en el seno de los cilindros representa un freno natural hace que el motor se pare con rapidez.

Parada instantánea con frenado: es una parada en la que se desea que el motor alcance 0 RPM en el menor tiempo posible, (frenado) esto se consigue usando frenos externos acoplados al eje del motor, o mediante procedimientos puramente eléctricos. Por ejemplo se puede inyectar corriente continua en las bobinas del motor o frenar el motor por contrarrotación (inversión instantánea del sentido de rotación invirtiendo las fases). Un ejemplo de este tipo de frenado seria  la parada de un puente grúa cuando se encuentra al límite de su recorrido.

Parada controlada: se usa cuando una parada por desalimentación puede provocar daños en el propio motor, en la máquina accionada o el proceso sobre el que actúa. Ejemplo: parada controlada de un ascensor al llegar a la planta donde debe detenerse, para evitar una parada brusca. Los arrancadores suaves son capaces hacer los tres tipos de paradas: parada por desalimentación, parada controlada y parada instantánea.

Ventajas de los arrancadores suaves:

§ Permiten un control del arranque en función del tiempo, de la corriente o del par de arranque.

§ Alargan la vida de los motores  al no existir transición brusca en el arranque.

§ Permiten la parada controlada de los motores, e incluso parada instantánea.

§ Pueden corregir el cos j de los motores detectando funcionamiento en vacío, o bajo par motor.

§ Solo necesitan tres cables de conexión frente a los seis necesarios para arranque estrella/triangulo.

Inconvenientes:

§ Muy sensibles al calor, necesitan cuadros bien refrigerados.

§ Elevado precio.

§ No permiten errores de conexión del circuito de potencia, si se alimentan por su salida se destruyen los tiristores.

Variadores de frecuencia:

Los variadores de frecuencia modifican la frecuencia del motor desde 0 Hz hasta la frecuencia nominal del motor. Estos equipos aunque fueron concebidos para trabajar como controladores de velocidad de los motores de con rotor en jaula de ardilla, entre sus funciones más importantes están la posibilidad de modificar de frecuencia en el arranque, lo que los convierte en arrancadores suaves de excelentes prestaciones, aunque muy caros.

El principio de funcionamiento de los variadores de frecuencia está basado en las características de funcionamiento de los motores asíncronos. En estos motores, el número de pares de polos, la tensión de alimentación y la frecuencia, determinan la velocidad y el par entregado por el motor a la máquina acoplada. Los polos magnéticos no se pueden modificar, porque tienen que ver con las características constructivas de motor, por tanto para modificar la velocidad, el par motor o ambos a la vez será necesario tener la posibilidad de modificar la tensión y la frecuencia.

Los variadores trabajan convirtiendo la corriente alterna en corriente continua (para poder controlar la tensión), y en la etapa final convierten la corriente continua en alterna a la frecuencia deseada. Dependiendo de los valores de la tensión y de la frecuencia, el par motor y la velocidad podrán ser variados a voluntad.