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Arranque de motores eléctricos de AC

Por Cristian Ascuy, Sales Engineer SBA Refrigeration de Danfoss Chile

Los problemas generados en el arranque de motores eléctricos de C. A., se resumen en tres aspectos: Gran consumo de corriente, alto torque y sobre calentamiento del motor. Existen muchos sistemas eléctricos por los cuales podemos disminuir estos problemas, y en el siguiente artículo, hacemos una breve descripción de éstos.

Arranque con voltaje reducido

Cuando partimos un motor de inducción de C. A., a tensión nominal, en primer lugar absorben la corriente de bloqueo del rotor (LRC) y crean un par de bloqueo de rotor (LRT).

Según acelera el motor, la corriente disminuye y el par aumenta hasta su punto de ruptura antes de caer a niveles de velocidad nominal (ver figura 1).

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Motores con casi idénticas características de velocidad, a menudo presentan diferencias significativas en las posibilidades de partida. Las corrientes LRC pueden oscilar entre un 500% o exceder de 900% de la corriente máxima del motor (FLC). El par LRT puede ser de un 70% o elevarse hasta alrededor de un 230% del torque máximo (FLT).

A tensión máxima, la corriente y del par del motor determinan los límites en los que se puede realizar un arranque con reducción de tensión. En las instalaciones en las que reducir la corriente de arranque o aumentar el par de arranque sean críticos, es importante asegurarse de que se usa un motor con características adecuadas: LRC bajo y LRT alto.

Cuando se use un arranque con reducción de tensión, el par de arranque del motor se reducirá según la siguiente fórmula:

persp.png11.png11

Donde:

  • TST = Par de arranque
  • IST = Corriente de arranque
  • LRC = Corriente de bloqueo de rotor
  • LRT = Par de bloqueo de rotor

La corriente de arranque sólo se puede reducir hasta el punto donde el par de arranque sea aún superior al requerido por la carga. Bajo este punto, la aceleración del motor cesará y el conjunto carga/motor no alcanzará la velocidad máxima.

Arrancadores de reducción de tensión más comunes

El arranque estrella/triángulo es la forma más económica de arranque, pero sus prestaciones son limitadas. Las limitaciones más significativas son:

  • No hay control sobre el nivel de reducción de la corriente ni del par.
  • Se producen importantes cambios de la corriente y del par debido a la transición estrella/triángulo. Esto aumenta el stress mecánico y eléctrico y puede producir averías. Los cambios se producen debido a que el motor está en movimiento y al desconectarse la alimentación hace que el motor actúe como un generador con tensión de salida, que puede ser de la misma amplitud que la de red. Esta tensión está aún presente cuando se reconecta el motor en delta (D). El resultado es una corriente de hasta dos veces la corriente LRC y hasta cuatro veces el par LRT (ver figura 2).

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El arranque con auto-transformador ofrece un mayor control que el método U/D, pero la tensión sigue aún aplicándose por tramos. Las limitaciones de este arrancador son:

  • Cambios en el par debido al paso de una tensión a otra.
  • Un número limitado de los escalones de tensión de salida limitan las posibilidades de seleccionar la corriente de arranque ideal.
  • Los modelos aptos para condiciones de partida frecuente o de larga duración son caros.
  • No pueden realizar una partida con reducción de tensión eficaz con cargas en las que la necesidades de arranque varíen (ver figura 3).

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Los arrancadores de resistencia primaria también ofrecen un mayor control que los arrancadores U/D. Sin embargo, tienen una serie de caracteristicas que reducen su efectividad. Algunas de éstas son:

  • Dificultad de optimizar el rendimiento del arranque cuando está en servicio porque el valor de resistencia se tiene que calcular cuando se realiza el arranque y es difícil cambiarlo después.
  • Bajo rendimiento en situaciones de arranque frecuente debido a que el valor de las resistencias cambia a medida que se va generando calor en ellas durante un arranque. Necesita largos períodos de refrigeración entre arranques.
  • Bajo rendimiento en arranques con cargas pesadas o en arranques de larga duración debido a la temperatura en las resistencias.
  • No realiza un arranque con reducción de tensión efectivo cuando se trata de cargas en las que las nece-sidades de arranque varían (ver figura 4).

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Los arrancadores suaves son los arrancadores más avanzados. Ofrecen un control superior de la corriente y el par, e incorporan elementos avanzados de protección de motor. Algunos tipos son: Controladores de Par, Controladores de par de 1, 2 ó 3 fases, Controladores de tensión de lazo abierto o de lazo cerrado y Controladores de corriente de lazo cerrado.

Las principales ventajas que ofrecen los arrancadores suaves son:

  • Control simple y flexible sobre la corriente y el par de arranque.
  • Control uniforme de la corriente y la tensión libre de saltos o transiciones.
  • Apto para realizar arranques frecuentes.
  • Apto para un cambio sencillo de las condiciones de arranque.
  • Control de parada suave que amplia el tiempo de deceleración del motor.
  • Control de frenado que reduce el tiempo de deceleración del motor.

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