Métodos de arranque para motores eléctricos

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os motores eléctricos son las máquinas más esenciales en todo proceso industrial pues recae en ellos todo tipo de interacciones que los actuadores tienen con la materia prima que se convertirá en un producto terminado al finalizar las distintas etapas y, al ser activados (o desactivados) por ordenes de un controlador (PLC), se facilita el tiempo de actividad que estos tienen, alargando así su vida útil y reduciendo el esfuerzo al que son sometidos.

Si bien basta con una señal donde un bit indicará si el motor será encendido o apagado, hay distintos equipos que garantizarán su protección eléctrica para evitar daños que repercutan en las líneas de producción, debido a esto, se han desarrollado distintos métodos para arrancar motores, algunos son demasiado sencillos pero se condicionan a la potencia del motor, mientras que otros métodos más complejos se reservan a exigencias mayores. En este artículo revisaremos los métodos más típicos y los equipos de protección que conllevan. 

Fig. 1: Motores eléctricos.

Arranque directo

Es el método más sencillo de arranque, consiste en un contactor que al ser activado, permitirá el flujo de corriente al estator del motor, iniciando así el movimiento del rotor. Debido a que las conexiones de línea están fijas a cada una de las fases del motor, el giro de éste solo se dará en un sentido.

Fig. 2: Conexiones para un arranque directo.

En este caso, la activación puede ser mediante dos métodos, uno de ellos es el manual donde se requiere que un operario haga las actividades de arranque y paro mediante botoneras, sin embargo, este método está restringido a motores pequeños donde su potencia sea de máximo 10 [Hp].

Por otro lado, un método más común es el uso de contactores magnéticos pues se valen de la señal de salida un PLC que dependiendo del estado de un bit y de la lógica programada en el controlador, se permitirá la interacción de una forma más segura.

Arranque directo con inversión de giro

De forma análoga al método anterior, en este caso se cuenta con contactores que permiten la alimentación directa al estator, sin embargo, para lograr la inversión de giro, el sistema controlado se encuentra "duplicado". En el primero de estos, la alimentación es directa pero, en el segundo contactor, se hace una inversión en dos fases de alimentación, permitiendo que el flujo electromagnético tenga una dirección opuesta, generando un movimiento inverso en rotor.

Para evitar daños en el equipo, los contactores son mutuamente excluyentes, es decir que solo puede activarse uno a la vez. 

De igual forma puede emplearse un arranque manual o con contactores magnéticos como en el caso anterior.

Fig. 3: Conexiones para un arranque con inversión de giro.

Arranque en dos estaciones

Este método se aplica cuando el motor en cuestión es de gran tamaño pues en su arranque suelen tener valores de corriente extremadamente alto que los pueden dañar, por lo tanto, se utilizan elementos segmentadores que alimentan con voltajes pequeños en su arranque, este aumentará gradualmente hasta alcanzar el valor nominal garantizando así su correcto funcionamiento.

Existen diversos métodos y equipos para realizar este tipo de arranque, el primero es por auto-transformador que funciona en etapas, en la primera de ellas se cierran dos contactos, aquel que energiza el transformador y una conexión en estrella (también llamada Y), con el paso del tiempo el voltaje aumentara en la salida del transformador y cuando se alcance un 85% del valor nominal, se desconecta el contactor en estrella pues el transformador mantendrá ese valor de voltaje. Finalmente, el transformador se desconecta y la alimentación de línea es inyectada directamente, logrando así un arranque controlado del motor que alcanza el valor nominal de operación.

Fig. 4: Conexiones para un arranque por auto-transformador.

Otro método es el llamado estrella-delta (Y-Δ o Y-Triángulo) donde el arranque se comienza con la configuración en estrella que limita a solo una tercera parte de la corriente nominal la alimentación del motor, cuando se alcanza un 95% de la velocidad final, se desconecta el circuito estrella y se conecta el circuito delta para mantener el funcionamiento continuo (en un próximo artículo detallaremos todo lo relacionado a estas configuraciones).

Fig. 5: Conexión Y-Δ.

Adicional a los métodos anteriores, es posible utilizar arrancadores suaves para limitar la corriente al arranque de un motor. Estos equipos se valen de componentes electrónicos de estado sólido como TRIACs para incrementar gradualmente la alimentación de línea al motor.

Fig. 6: Conexión con arrancador suave.

Arranque por velocidad

En este último método se utilizan equipos como variadores de frecuencia que funcionan de forma similar a los arrancadores suaves pues incrementan gradualmente la frecuencia de la tensión de alimentación hasta alcanzar el valor nominal.

Fig. 7: Arranque con variador de frecuencia.

Conclusiones

Las diversas aplicaciones de un motor eléctrico conllevan distintos métodos para su cuidado, siendo uno de los principales el correcto arranque del equipo y, como pudimos observar en este artículo, dependerá de sus características el método a elegir pues, a pesar de que puede utilizarse cualquiera de los mencionados aquí a cualquier tipo de motor, se debe considerar la potencia de la máquina en cuestión con el fin de que sea más eficiente o que represente un menor costo pues, como ya revisamos, a un motor pequeño le bastará con un arranque directo mientras que un motor grande debe protegido con equipos adicionales.

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-AHN