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Arrancadores
De
Motores DC
ARRANQUES MANUALES
La figura agrupa 4 unidades separadas y equipo distinto:
(1) El arrancador de 3 tomas,
(2) Una caja de interruptores de seguridad con interruptor y protección de cortocircuitos y sobrecargas,
(3) El motor shunt,
(4) Un reóstato de campo exterior.
El funcionamiento es el siguiente,
En la posición 1, la tensión de plena excitación se aplica al campo a través de una bobina de retención.
Cuando el brazo de arranque llega al punto 6, la corriente en el circuito de excitación (a través de la pequeña
resistencia de arranque, de la bobina de retención, del reóstato de campo, y del devanado de excitación)
produce la suficiente f.m.m. En la bobina de retención, para mantener la armadura del electroimán de hierro
dulce del brazo de arranque atraída magnéticamente en esta posición venciendo la tensión en sentido contrario
del resorte de reposición en espiral. La bobina de retención y el resorte sirven para (1) protección contra
campo abierto o debilitado, y (2) protección de minima tensión. En el caso de una situación cualquiera de
ambas, la tensión del resorte antagonista, es suficiente para desenganchar el brazo de arranque y devolverlo a
su posicion de fuera.
El motor puede detenerse por cualquiera de las siguientes circunstancias: (1) la apertura del interruptor de la
linea principal , (2) un cortocircuito (un fusible principal que abre el circuito) en el circuito del inducido ode
excitación, incluyendo el arrancador, (3) una sobrecarga en el circuito del inducido, (4) un circuito de campo
debil o abierto, (5) una disminucion de la tension de la linea.
La ventaja que presenta el circuito de tener proteccion de campo abierto se convierte en un inconveniente
cuando el motor esta cargado y se deseen mayores velocidades, para obtener mayores velocidades es
necesario debilitar la corriente de excitación y el flujo, sin embargo, siempre que se reduce la corriente de
excitación, el brazo se desengancha y el motor se para.
Este circuito permite variar la corriente en el circuito de excitación con independencia del circuito de la
bobina de retención. Claro esta, que ello representa la ventaja mas grande del arrancador de cuatro bornes,
pero esta ventaja contribuye a 3 inconvenientes:
(1) si el campo se debilita considerablemente o queda abierto accidentalmente, el motor se embalara a
velocidades peligrosas.
(2) para aumentar la velocidad cuando el motor acciona una carga fuerte, la corriente de excitación
queda debilitada; si el motor vuelve a arrancar entonces, hace que la carga se acelere demasiado
rápida y peligrosamente.
(3) el aumento de la corriente de inducido puede continuar llegando a disparar los dispositivos de
protección de sobrecargas, e incluso de cortocircuito, hasta que se haya reducido la resistencia del
reóstato de campo.
El funcionamiento es como sigue:
- La manivela mueve el brazo del reóstato y el arranque de la resistencia de inducido de la posición
fuera al contacto de la primera resistencia de inducido; en esta posición, toda la resistencia del
reóstato de campo esta shuntada por el contacto c del inducido, conectado por medio de un segmento
de cobre de cortocircuito al terminal F1, y el motor arranca a plena corriente de excitación.
- El contacto a del brazo de arranque del inducido proporciona una resistencia de inducido máxima en
el arranque.
- La resistencia de inducido se reduce de manera normal hasta la ultima posición.
- La figura muestra un arrancador manual de 2 bornes de un motor serie en el que la bobina de
retención va conectada en serie con la excitación serie y el inducido durante el periodo de arranque,
un motor serie cargado tendrá la corriente de inducido suficiente para excitar la bobina de retención
lo necesario para retener el brazo del arrancador en la posición de marcha, en el caso de anulación de
la carga o reducción de la misma hasta el punto en que se desarrolle peligrosamente una elevada
velocidad, la reduccion de la corriente de inducido es suficiente para debilitar la bobina de retencion
y soltar el brazo de arranque.
- Esta arrancador tiene 2 ventajas:
- -proteccion contra exceso de velocidad en el caso de eliminacion o reduccion de la carga.
- -proteccion de minima tension
El arrancador manual en serie de disparo a minima tension de 3 bornes se utiliza donde no existe la
posibilidad de embalamiento debido a la perdida de carga.
Este arrancador es al motor serie lo que el arrancador de 4 tomas es al motor shunt, se disponen de tres
terminales, L1,L2 y S1. Ello proporciona solo la proteccion de minima tension y no protege al motor en el
caso de campo debil. Generalmente, se emplean junto a dicho arrancador los dispositivos de proteccion
centrifugos contra el exceso de velocidad. Una resistencia variable de proteccion R, se conecta en serie con la
bobina de retencion a plena tension para ajustar el disparo del brazo de arranque.
Regulador eléctrico
Dispositivo que sirve para gobernar de una forma prefijada la potencia eléctrica suministrada al
aparato al cual está conectado.
Gobierno: variación , modificación, modulación de la potencia que se hace llegar al motor.
Prefijado: secuencia deseada o condiciones que es capaz de ofrecer o efectuar el regulador.
Arrancador eléctrico
Se define como un regulador cuya función principal es la de poner en marcha y acelerar un motor de
manera adecuada bajo diferentes condiciones de carga, hasta alcanzar su velocidad nominal.
Manuales o automáticos pueden incluir, además de las funciones de arranque y aceleración:
memoria, frenado, control de velocidad, inversión de giro, etc..
Ventajas
El tiempo que se necesita para la secuencia de conexión puede variarse por el operario, para
acomodarla a distintas condiciones de carga.
Son más sencillos que los automáticos, tanto en construcción como en mantenimiento.
No necesitan acoplamientos ni relés, y existe menor posibilidad de falla.
Son más compactos y de menor peso que los automáticos de igual potencia, por la menor cantidad de
equipo.
Costos iniciales y mantenimiento menores a los arrancadores automáticos.
Desventajas
Para motores de muy alta potencia, los arrancadores con sus partes pueden llegar a tener un tamaño
no permisible para su construcción.
Aunque el arrancador sea remoto, existe proximidad física entre los contactos de potencia y el
operador, aumentando el riesgo de accidentes.
Un arrancador manual (manivelas y resistencias de arranque) es de mayor tamaño a uno automático
(sólo incluyen pulsadores), por lo que resultan poco prácticos para su instalación en tableros de
control.
Arrancadores DC
• Arrancadores DC de tiempo fijo(Animación)
• Arrancadores DC por Limitacion de Corriente
• Aceleración por Caída de Tensión
• Por Limitación de velocidad
• Que utilizan relés f.c.e.m.
• Que utilizan relés de bobinas
• de retención
• Que utilizan relés series
Que utilizan relés f.c.e.m.
1. Pulsando el botón de arranque, se pone en marcha el motor a plena excitación y a completa
resistencia en serie del inducido cuando se cierran los contactos M, principal y auxiliar. el motor
se acelera partiendo del reposo, con una c.d.t. máxima en la resistencia de arranque en serie y
una c.d.t. prácticamente nula en bornes del inducido. Cuando se acelera el inducido, la f.c.e.m. y
la tensión en sus bornes aumentan en función de la velocidad. el relé V1, proyectado para cerrar
sus contactos n.a. aproximadamente a un 50 por ciento de la tensión nominal, no se cerrará y
acelerará el motor hasta que la velocidad de éste, a pleno flujo de excitación, desarrolle una
f.c.e.m. de al menos aquel orden. además, para que la f.c.e.m. llegue a alcanzar ese valor, la
corriente debe limitarse lo suficiente para deducir la c.d.t. en bornes de la resistencia en serie y,
de este modo, aumenta la c.d.t. en bornes del inducido.
2. Cuando el relé V1 cierra sus contactos n.a. V2 en la línea de control 3, el relé de mando lA es
excitado, cortocircuitando el primer contacto de la resistencia en serie del inducido. la corriente
de punta aumenta, el motor se acelera y se desarrolla una mayor f.c.e.m. cuando ésta alcance el
70 por ciento de su valor nominal, V2 quedará excitado.
3. Cuando el rele V2 cierra sus contactos n.a. en la línea de control 4, el relé 2A es excitado
cortocircuitando el segundo contacto de l resistencia serie. La corriente de punta acelera de
nuevo al motor, desarrollando un mayor f.c.e.m. cuando la f.c.e.m. alcance el 85 por ciento de la
tensión nominal, el relé V3 se excitara.
4. Cuando V3 cierra sus contactos en la línea de control 4, el relé de mando 3A cortocircuita el
ultimo contacto de la resistencia en serie y, simultáneamente, abre el reóstato de campo a su ajuste de
velocidad prefijado, el motor se acelerara a su ajuste de carga, con el inducido a plena tensión
Ventajas
• El motor no es acelerado a una etapa de mayor velocidad hasta que la corriente no este lo
suficientemente limitada.
• Protección en caso de una fuerte carga sostenida, que puede causar una disminución de velocidad.
Desventajas
• Relés difíciles de ajustar
• Los relés no responden a una rápida corriente transitoria.
• Los relés consumen alta potencia.
• El motor no puede trabajar para una velocidad inferior.
Que utilizan relés de bobinas de retención
1. Pulsando el botón de arranque se excitan el contactor M y el 3AC del circuito de control y los relés 3HC,
1HC y 1A en el circuito de potencia del inducido. El motor se acelera a plena resistencia en serie del circuito
del inducido porque las bobinas 3HC y 1HC reciben la corriente irruptiva inicial de magnitud suficiente para
bloquear los contactos del relé. La bobina 3AC, que shunta M en el circuito de control, es un relé de cierre
que funciona con efectividad en presencia dc 3A sólo cuando la armadura del relé ha sido succionada cerca
del punto de cierre.
2. A medida que la corriente de inducido disminuye y el motor se acelera, la corriente en 1HC en oposición a
la de 1A disminuye; y puesto que 1A tiene muchas más vueltas y conduce la misma corriente, en condiciones
de régimen permanente, origina la f.m.m. suficiente para cerrar los contactos 1A.
3. La corriente de inducido ahora es desviada por el trayecto de baja resistencia de los relés serie 2HC, 2A y
1A por los contactos n.a., 1A, cerrados por el relé 1A.
4.Cuando 1A se cierra, irrumpe una corriente y el motor se acelera. El régimen transitorio en 2HC, en serie
con 2A, es suficiente para permitir que el primero domine al último hasta que la corriente vuelva a un valor lo
suficientemente estable y disminuido. No obstante, en condiciones de régimen permanente, 2A cierra sus
contactos n.a.
5. La corriente de inducido ahora es desviada e irrumpe por el trayecto de baja resistencia de los relés serie
3HC, 3A, los contactos cerrados 2A, el relé 2A, los contactos cerrados lA, y el relé lA. Durante el período
transitorio de la corriente, el 3HC es suficiente para dominar el 3A. Pero cuando la velocidad y la aceleración
del motor producen la suficiente f.c.e.m. para reducir la corriente de inducido, el relé 3A en combinación con
su bobina auxiliar 3AC, que shunta M, cierra los contactos n.a. 3A, derivando toda la red de la resistencia de
arranque y las bobinas del relé sobre la línea. La bobina AC sirve para retener los contactos n.a. 3A en
posición cerrada cuando el relé 3A está cortocircuitado. En forma simultánea, los contactos 3A n. c. se abren,
y el motor se acelera a su valor final de regulación. La resistencia R, shuntada por los contactos M n.c., sirve
para proporcionar protección de mínima tensión y debilitar la 3AC lo suficiente para que vuelva rápidamente
a su Posición de reposo cuando el motor esté parado, reconectando todos los relés.
Ventajas
• Relativa simplicidad.
Desventajas
• A causa de sus bobinas en serie no se acomodan fácilmente para valores inferiores a el de la
velocidad básica.
• Debido a al manejo de altos valores nominales de corrientes en las bobinas de funcionamiento y de
bloqueo, son difíciles de construir.
Que utilizan relés series
1. Cuando se pulsa el botón de arranque, el relé M alimenta el circuito de potencia del inducido y
todas las líneas de control. La fuerte corriente irruptiva que pasa por el relé 1S abre los contactos 1S
n.c. en la línea de control 2. El relé 1S es un relé, de breve constante de tiempo, de acción rápida
comparado con lA, y el motor arranca con toda la resistencia del inducido en serie. Después de que
la corriente irruptiva de arranque desciende a un valor para el que 1S no puede vencer por más
tiempo la acción de su resorte, el relé 1S cede quedando sus contactos en estado desactivado
• 2. La línea de control 2 está alimentada mediante los contactos 1S n.c. del relé desexcitado 1S. Esta
excita el relé de control lA, haciendo que cierren sus contactos lA. La corriente irrumpe ahora a
través del relé de baja resistencia 2S y el contacto lA n.a., cortocircuitando el relé 1S y una parte de
la resistencia de arranque en serie. El motor se acelera hasta que la corriente írruptiva de arranque
decrece a un valor en el que 2S no puede permanecer cerrado por más tiempo, y se abre el relé 2S.
3. La línea de control 3, alimentada por los contactos 2S n.c. del relé desexcitado 2S, hace que funcione el relé
2A, cerrando sus contactos n.a. en bornes de la resistencia de arranque. La corriente ahora irrumpe a través
del relé de baja resistencia 3S, cortocircuitando los relés 2S y 1S así como la resistencia adicional en serie del
circuito del inducido. El motor se acelera hasta que la corriente irruptiva de arranque desciende a un valor
para el que 3S no puede permanecer cerrado por más tiempo y se abre
• 4. La línea de control 4 es alimentada, haciendo funcionar el relé 3A y cortocircuitando todos los
relés serie del circuito de potencia así como la resistencia en serie del inducido. El motor se acelera a
su velocidad normal y carga nominal. Como el motor es un motor serie, un dispositivo centrífugo
contra el exceso dc velocidad en la línea de control 1 protege al motor contra el embalamiento en el
caso de liminaci6n de la carga mecánica.
Ventajas
• Cuando el arrancador esta en funcionamiento, 4 relés siempre excitados.
• La operación de los relés serie es una s 100 veces mas rápida que la de los relés de operación.
• Considerado método de gran seguridad.
Desventajas
• La bobina señalados presenta los mismo inconvenientes antes.
• Alto coste de mantenimiento por los enclavamientos entre los relés serie y de control.
Que utilizan bobinas de retención
1. Pulsando el botón de arranque se excita el contactor M, cerrando sus contactos principales y auxiliares la
corriente del inducido irrumpe el circuito de potencia, ocasionando unas grandes caídas de tensión en bornes
de todas las bobinas de retención de los relés diferenciales4 Por tanto, los contactos lA, 2A y 3A permanecen
abiertos a medida que el motor se acelera
2. A medida que la corriente transitoria disminuye, la tensión en bornes del relé más debilitado HC 1 se hace
lo suficientemente pequeña, en el tiempo, para hacer que su contrabobina lA cierre sus contactos lA, n.a.
Cuando estos últimos se cierran, cl relé WC 1 queda cortocircuitado, así como una parte de la resistencia de
arranque en serie con el inducido del motor. El motor se acelera a mayor velocidad debido a la corriente
irruptiva del inducido.
• 3. A medida que la corriente de punta disminuye, la tensión aplicada al relé debilitado HC 2 se hace
lo suficientemente pequeña, con el tiempo, para hacer que su contrabobina 2A cierre sus contactos
2A, n.a. Cuando estos últimos se cierran, el relé HC 2 queda cortocircuitado, así como una segunda
parte de la resistencia de arranque en serie con el inducido del motor. El motor se acelera a mayor
velocidad debido a la corriente irruptiva del inducido.
• 4. Cuando la corriente irruptiva decrece, la tensión en bornes de WC 3 disminuye lo suficiente, con
el tiempo, para hacer que su contrabobina 3A cierre sus contactos 3A, n.a. El motor se acelera a la
velocidad normal con su circuito de inducido a plena tensión. Un contacto contra el exceso de
velocidad OS, n.c., en la línea de control 1 evita el embalamiento en el caso de que el motor serie se
desconecte de la carga, mecánicamente, o si la carga disminuye sustancialmente.
Ventajas
• No necesitan enclavamientos eléctricos en su circuito de control.
• Las bobinan ya no necesitan soportar tanta corriente como en los anteriores casos.
Desventajas
• El arrancador funciona con 4 relés excitados.
Que utilizan bobinas de retención y amplificador magnético
• 1. El motor arranca con la máxima resistencia en serie con el inducido y máxima corriente transitoria
a través del circuito del inducido. La elevada tensión de entrada, de c.c., en el amplificador
magnético produce una elevada tensión de salida, de c.c., en bornes de todas las bobinas de
retención, manteniendo abiertos los contactos lA, 2A y 3A. Cuando la corriente irruptiva disminuye,
la bobina de retención más debilitada, 1 HC, no puede retener su armadura por más tiempo y el relé
diferencial lA cierra los contactos lA. El relé diferencial lA es el relé más robusto porque tiene la
mayor tensión aplicada en sus bornes.
• 2. Cuando el relé lA funciona, simultáneamente cortocircuita un contacto de la resistencia en serie
del inducida y abre un contacto lA n.c. en serie con 1HC, con lo cual evita que 1HC sensibilice los
impulsos de corriente. Cuando lA cortocircuita la resistencia en serie del inducido, la tensión
diferencial en bornes del relé lA es la misma que la tensión de inducido; pero como su contrabobina
está desconectada, el relé lA permanece excitado.
• 3. La corriente transitoria que se origina al cortocircuitar un contacto de la resistencia en serie
acelera el motor y proporciona una elevada tensión de salida de c.c. del amplificador magnético a las
bobinas de retención 2HC y 3HC. A medida que la corriente irruptiva disminuye, puesto que la
tensión en bornes de 2A supera a la de 3A, el relé diferencial 2A cerrará antes que 3A siempre que la
tensión en x-x’ disminuya a un valor inferior. Cuando 2A cierra, cortocircuita la resistencia adicional
del circuito del inducido y abre sus contactos n.c. en serie con 2HC. Las bobinas del relé lA y 2A
están ahora en paralelo con el inducido.
• 4. Cuando el relé 2A funciona, la corriente irrumpe de nuevo, bloqueando el relé 3A por la acción de
3HC. Por último, con todo, la corriente de inducido desciende a un valor normal, y 3A prevalece
sobre 3HC. El motor se acelera a su velocidad normal con el inducido a plena tensión.
Ventajas
• Respuesta rápida.
• Cargas transistorias o cambios de control de velocidad no afectaran el funcionamiento del motor sino
durante el periodo de arranque.
• Relativamente sencillo.
• Insensible a choques o vibraciones
Desventajas
• Eléctricamente robusto.
Arrancadores de Motores
Motores de AC
Tipos de Motores AC
Motor asincrónico o motor de inducción.
Motor de anillos deslizantes o rotor devanado.
Motor sincrónico.
Motores asíncronos trifásicos
Composición
Un motor asíncrono trifásico consta de dos partes principales:
Un inductor, o estator,
Un inducido, o rotor.
El Estator
Es la parte fija del motor. Una carcasa de metal fundido o de aleación ligera encierra una
corona de chapas delgadas (del orden de 0,5 mm de espesor) de acero al silicio. Las chapas
quedan aisladas entre sí por oxidación o por barniz aislante. La “foliación” del circuito
magnético reduce las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault.
El Estator
Las chapas disponen de ranuras en las que se sitúan los devanados estatóricos que producen
el campo giratorio (tres devanados en el caso de un motor trifásico). Cada devanado se
compone de varias bobinas. El modo de acoplamiento de las bobinas entre sí determina el
número de pares de polos del motor y, por tanto, la velocidad de rotación.
El Rotor
Es la parte móvil del motor. Al igual que el circuito magnético del estator, se compone de
un apilamiento de chapas delgadas aisladas entre sí que forman un cilindro enchavetado
sobre el eje del motor.
Motores asíncronos trifásicos Arranque
Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar
una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de
insuficiencia de la sección de la línea de alimentación. En ocasiones, la caída puede llegar a ser
perceptible en los aparatos de alumbrado.
Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de
motores de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación entre
la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores.
Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un
equipo simple.
Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un
equipo simple.
En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reducción del pico de corriente conlleva de
manera automática una fuerte reducción del par.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque Directo
Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El
motor se basa en sus características naturales para arrancar.
En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario,
formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el
rotor es importante. La corriente primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales. Por
tanto, se obtiene un pico de corriente importante en la red
I arranque = 5 a 8 l nominal.
El par de arranque medio es: C arranque = 0,5 a 1,5 C nominal.
A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque rápido,
bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:
La potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones
que provoca la corriente solicitada,
La máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone de un
dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco,
El par de arranque debe ser elevado. Por el contrario, siempre que:
La caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen
funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea,
La máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas,
La seguridad o la comodidad de los usuarios se vea comprometida (por ejemplo, en el caso
de las escaleras mecánicas),
Motores asíncronos trifásicos Arranque a Tensión Reducida
será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente solicitada o el par de arranque.
En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida.
La variación de la tensión de alimentación tiene las siguientes consecuencias:
La corriente de arranque varía proporcionalmente a la tensión de alimentación,
El par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de la tensión de alimentación.
Ejemplo: si la tensión se divide por √3, la corriente se divide aproximadamente por √3 y el
par se divide por 3.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque Estrella-Triángulo
Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada
uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la caja de Terminales.
El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red,
lo que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por √3 (en el ejemplo anterior, la
tensión de la red 380 V = 660 V / √3).
El pico de corriente durante el arranque se divide por 3:
Id = 1,5 a 2,6 In
El par de arranque se divide igualmente por 3, ya que esproporcional al cuadrado de la tensión de
alimentación:
Cd = 0,2 a 0,5 Cn
La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente,
normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal.
En ese momento, los devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características
naturales.
Un temporizador se encarga de controlar la transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento
en triángulo.
El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve
como importante, debida a la fcem del motor.
El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que
arrancan en vacío.
Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser
necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia:
Temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.
Esta medida permite disminuir la fcem y, por tanto, la punta de corriente
transitoria. Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea
suficiente para evitar una deceleración excesiva durante la temporización.
Arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.
El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie aproximadamente durante
tres segundos con los devanados acoplados en triángulo. Esta medida reduce la
punta de corriente transitoria.
Arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.
La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la
apertura del contactor de estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y,
por tanto, la aparición de fenómenos transitorios.
El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve
como importante, debida a la fcem del motor.
El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que
arrancan en vacío.
Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser
necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia:
Temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.
Esta medida permite disminuir la fcem y, por tanto, la punta de corriente
transitoria. Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea
suficiente para evitar una deceleración excesiva durante la temporización.
Arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.
El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie aproximadamente durante
tres segundos con los devanados acoplados en triángulo. Esta medida reduce la
punta de corriente transitoria.
Arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.
La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la
apertura del contactor de estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y,
por tanto, la aparición de fenómenos transitorios.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque con Parte del Devanado
Este tipo de motor está dotado de un devanado estatórico desdoblado en dos devanados paralelos con
seis o doce bornes de salida. Equivale a dos “medios motores” de igual potencia.
Durante el arranque, solo “medio motor” se acopla en directo a plena tensión a la red, lo que divide
aproximadamente por dos tanto la corriente de arranque como el par.
No obstante, el par es superior al que proporcionaría el arranque estrella-triángulo de un motor de
jaula de igual potencia.
Al finalizar el arranque, el segundo devanado se acopla a la red. En ese momento, el pico de
corriente es débil y de corta duración, ya que el motor no se ha separado de la red de alimentación y
su deslizamiento ha pasado a ser débil.
Este sistema, poco utilizado en Europa, es muy frecuente en el mercado norteamericano (tensión de
230/460 V, relación igual a 2).
Motores asíncronos trifásicos
Arranque con Resistencias Estatóricas
El principio consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida mediante la inserción de resistencias
en serie con los devanados.
Una vez estabilizada la velocidad, las resistencias se eliminan y el motor se acopla directamente a la
red. Normalmente, se utiliza un temporizador para controlar la operación.
El valor de la resistencia se calcula en base al pico de corriente que no se debe superar durante el
arranque, o al valor mínimo del par de arranque necesario teniendo en cuenta el par resistente de la
máquina accionada. Generalmente, los valores de corriente y de par de arranque son:
Id = 4,5 In
Cd = 0,75 Cn
Durante la fase de aceleración con las resistencias, la tensión que se aplica a los terminales del motor
no es constante. Equivale a la tensión de la red menos la caída de tensión que tiene lugar en la
resistencia de arranque.
La caída de tensión es proporcional a la corriente absorbida por el motor. Dado que la corriente
disminuye a medida que se acelera el motor, sucede lo mismo con la caída de tensión de la
resistencia. Por tanto, la tensión que se aplica a los terminales del motor es mínima en el momento
del arranque y aumenta progresivamente.
Dado que el par es proporcional al cuadrado de la tensión de las bornas del motor, aumenta más
rápidamente que en el caso del arranque estrella-triángulo, en el que la tensión permanece invariable
mientras dura el acoplamiento en estrella.
Este tipo de arranque es, por tanto, apropiado para las máquinas cuyo par resistente crece con la
velocidad, por ejemplo los ventiladores.
Su inconveniente consiste en que el pico de corriente es relativamente importante durante el
arranque. Sería posible reducirla mediante el aumento del valor de la resistencia, pero esta medida
conllevaría una caída de tensión adicional en las bornas del motor y, por tanto, una considerable
reducción del par de arranque.
Por el contrario, la eliminación de la resistencia al finalizar el arranque se lleva a cabo sin
interrumpir la alimentación del motor y, por tanto, sin fenómenos transitorios.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque con Autotransformador
El motor se alimenta a tensión reducida mediante un autotransformador que, una vez finalizado el
arranque, queda fuera del circuito.
El arranque se lleva a cabo en tres tiempos:
En el primer tiempo, el autotransformador comienza por acoplarse en estrella y, a
continuación, el motor se acopla a la red a través de una parte de los devanados del
autotransformador. El arranque se lleva a cabo a una tensión reducida que se calcula en
función de la relación de transformación. Generalmente, el transformador está dotado de
tomas que permiten seleccionar la relación de transformación y, por tanto, el valor más
adecuado de la tensión reducida.
Antes de pasar al acoplamiento a plena tensión, la estrella se abre. En ese momento, la
fracción de bobinado conectada a la red crea una inductancia en serie con el motor. Esta
operación se realiza cuando se alcanza la velocidad de equilibro, al final del primer tiempo.
El acoplamiento a plena tensión interviene a partir del segundo tiempo, normalmente muy
corto (una fracción de segundo). Las inductancias en serie con el motor se cortocircuitan y,
a continuación, el autotransformador queda fuera del circuito.
La corriente y el par de arranque varían en la misma proporción. Se dividen por (U red / U
reducida)2 y se obtienen los valores siguientes:
Id = 1,7 a 4 In; Cd = 0,5 a 0,85 Cn
El arranque se lleva a cabo sin interrupción de corriente en el motor, lo que evita que se produzcan
fenómenos transitorios. No obstante, si no se toman ciertas precauciones pueden aparecer fenómenos
transitorios de igual naturaleza durante el acoplamiento a plena tensión.
De hecho, el valor de la inductancia en serie con el motor tras la apertura de la estrella es importante
si se compara con la del motor.
Como consecuencia, se produce una caída de tensión considerable que acarrea una punta de corriente
transitoria elevada en el momento del acoplamiento a plena tensión.
El circuito magnético del autotransformador incluye un entrehierro que disminuye el valor de la
inductancia para paliar este problema. Dicho valor se calcula de modo que, al abrirse la estrella en el
segundo tiempo, no haya variación de tensión en las bornas del motor.
El entrehierro aumenta la corriente magnetizante del autotransformador. Dicha corriente aumenta la
corriente solicitada en la red durante el primer tiempo del arranque.
Este modo de arranque suele utilizarse en los motores con potencia superior a 100 kW. Sin embargo,
el precio de los equipos es relativamente alto debido al elevado coste del autotransformador.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque Electrónico (Soft Starter)
La alimentación del motor durante la puesta en tensión se realiza mediante una subida progresiva de
la tensión, lo que posibilita un arranque sin sacudidas y reduce el pico de corriente. Para obtener este
resultado, se utiliza un graduador de tiristores montados en oposición de 2 por 2 en cada fase de la
red.
La subida progresiva de la tensión de salida puede controlarse por medio de la rampa de aceleración,
que depende del valor de la corriente de limitación, o vincularse a ambos parámetros.
Estos equipos permiten
el control de las características de funcionamiento, principalmente durante los períodos de
arranque y parada,
la protección térmica del motor y del arrancador,
la protección mecánica de la máquina accionada, mediante la supresión de las sacudidas de
par y la reducción de la corriente solicitada.
La corriente puede regularse de 2 a 5 In, lo que proporciona un par de arranque regulable entre 0,1 y
0,7 del par de arranque en directo.
Permite arrancar todo tipo de motores asíncronos. Puede cortocircuitarse para arrancar por medio de
un contactor y mantener al mismo tiempo el dominio del circuito de control.
A todo ello hay que añadir la posibilidad de:
deceleración progresiva,
parada frenada.
Motores asíncronos trifásicos
Arranque por Resistencias Rotóricas
Un motor de anillos no puede arrancar en directo (devanados rotóricos cortocircuitados) sin provocar
picos de corriente inadmisibles.
Es necesario insertar en el circuito rotórico resistencias que se cortocircuiten progresivamente, al
tiempo que se alimenta el estator a toda la tensión de red.
El cálculo de la resistencia insertada en cada fase permite determinar con rigor la curva de par-
velocidad resultante: para un par dado, la velocidad es menor cuanto mayor sea la resistencia. Como
resultado, la resistencia debe insertarse por completo en el momento del arranque y la plena
velocidad se alcanza cuando la resistencia está completamente cortocircuitada.
La corriente absorbida es prácticamente proporcional al par que se suministra.
Por ejemplo, la punta de corriente correspondiente a un par de arranque de 2 Cn es aproximadamente
de 2 In. Por tanto, la punta es considerablemente más débil, y el par máximo de arranque más
elevado, que en el caso de un motor de jaula, en el que el valor normal se sitúa en torno a 6 In para
1,5 Cn.
Elementos componentes para los circuitos de control de motores
Arrancadores
Los arrancadores reúnen los elementos necesarios para controlar y proteger los motores eléctricos.
De la elección de éstos depende el rendimiento de toda la instalación: nivel de protección,
funcionamiento con velocidad constante o variable, etc.
El arrancador garantiza las siguientes funciones:
– seccionamiento,
– protección contra cortocircuitos y sobrecargas,
– conmutación.
Seccionamiento
Para manipular las instalaciones o las máquinas y sus respectivos equipos eléctricos con total
seguridad, es necesario disponer de medios que permitan aislar eléctricamente los circuitos de
potencia y de control de la red de alimentación general.
Esta función, llamada seccionamiento, corresponde a:
Aparatos específicos: seccionadores o interruptores seccionadores,
Funciones de seccionamiento integradas en aparatos con funciones múltiples.
Protección
Todos los receptores pueden sufrir accidentes:
De origen eléctrico:
sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia defases que provocan un aumento
de la corriente absorbida,– cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder decorte del
contactor.
De origen mecánico:
Calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan un aumento de la
corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten peligrosamente.
Con el fin de que dichos accidentes no dañen los componentes ni perturben la red de alimentación,
todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente:
Protección contra los cortocircuitos, para detectar y cortar lo antes posible las corrientes
anómalas superiores a 10 In,
Protección contra las sobrecargas, para detectar los aumentos de corriente hasta 10 In y
cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los conductores dañe los
aislantes.
Si es necesario, se pueden añadir protecciones complementarias como el control de fallos de
aislamiento, de inversión de fases, de temperatura de los bobinados, etc.
Conmutación
La conmutación consiste en establecer, cortar y, en el caso de la variación de velocidad, ajustar el
valor de la corriente absorbida por un motor.
Según las necesidades, esta función puede realizarse con aparatos,
Electromecánicos: contactores, contactores disyuntores y disyuntores motores,
Electrónicos: relés y contactores estáticos, arrancadores ralentizadores progresivos, variadores y
reguladores de velocidad
Elementos de Seccionamiento
El Seccionador
Los equipos eléctricos sólo se deben manipular cuando están desconectados. El seccionamiento
consiste en aislar eléctricamente una instalación de su red de alimentación, según los criterios de
seguridad que establecen las normas.
La función de seccionamiento se realiza con:
seccionadores,
interruptores seccionadores,
disyuntores y contactores disyuntores, siempre que el fabricante certifique que son aptos
para dicha función.
“El seccionador es un aparato mecánico de conexión que en posición abierta cumple las
prescripciones especificadas para la función de seccionamiento” (norma IEC 947-3).
Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar, uno o dos contactos auxiliares de
precorte y un dispositivo de mando lateral o frontal que permite cerrar y abrir los polos
manualmente.
Elementos de Seccionamiento
El Interruptor Seccionador
“El interruptor es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, tolerar e interrumpir
corrientes en un circuito en condiciones normales, incluidas las condiciones especificadas de
sobrecarga durante el servicio, y tolerar durante un tiempo determinado corrientes dentro de un
circuito en las condiciones anómalas especificadas, como en caso de un cortocircuito” (norma IEC
947-3).
El mecanismo vinculado al dispositivo de mando manual garantiza la apertura y el cierre brusco de
los contactos, independientemente de la velocidad de accionamiento del operario. Por lo tanto, el
interruptor está diseñado para ser manejado con carga con total seguridad.
Elementos de Seccionamiento
Protección de Corto Circuito
Es preciso que los dispositivos de protección contra Cortocircuito detecten el fallo e interrumpan el
circuito rápidamente, a ser posible antes de que la corriente alcance su valor máximo.
Dichos dispositivos pueden ser:
fusibles, que interrumpen el circuito al fundirse, por lo que deben ser sustituidos,
disyuntores, que interrumpen el circuito abriendo los polos y que con un simple rearme se
pueden volver a poner en servicio. La protección contra los cortocircuitos puede estar
integrada en aparatos de funciones múltiples, como los disyuntores motores y los
contactores disyuntores, que se describen en el apartado “Aparatos de funciones múltiples”.
Fusibles:Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte muy elevado y
un volumen reducido. Se pueden montar de dos maneras:
En unos soportes específicos llamados portafusibles,
En los seccionadores, en lugar de los casquillos o las barretas.
Se dividen en dos categorías:
Fusibles “distribución” tipo gG (1) Protegen a la vez contra los cortocircuitos y contra las
sobrecargas a los circuitos con picos de corriente poco elevados (ejemplo: circuitos
resistivos). Normalmente deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del
circuito protegido a plena carga.
Fusibles “motor” tipo aM Protegen contra los cortocircuitos a los circuitos sometidos a
picos de corriente elevados (picos magnetizantes en la puesta bajo tensión de los primarios
de transformadores o electroimanes, picos de arranque de motores asíncronos, etc.). Las
características de fusión de los fusibles aM “dejan pasar” las sobreintensidades, pero no
ofrecen ninguna protección contra las sobrecargas. En caso de que también sea necesario
este tipo de protección, debe emplearse otro dispositivo (por ejemplo, un relé térmico).
Normalmente deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito
protegido a plena carga.
Dispositivo de protección contra funcionamiento monofásico (dpfm) Se puede instalar
en un portafusibles multipolar o en un seccionador portafusibles. Requiere fusibles con
percutor (o indicadores de fusión). Se trata de un dispositivo mecánico que se acciona
mediante el percutor liberado cuando se funde un fusible. Controla la apertura de un
contacto conectado en serie con la bobina del contactor. De este modo, queda garantizada la
caída del contactor, es decir, la desconexión del receptor, incluso si sólo se funde un fusible.
También está disponible un contacto de cierre suplementario para señalizar el fallo a
distancia.
Disyuntores.
Protegen los circuitos contra los cortocircuitos, dentro de los límites de su poder de corte a
través de disparadores magnéticos (un disparador por fase). Todos los disyuntores pueden
realizar cortes omnipolares: la puesta en funcionamiento de un solo disparador magnético
basta para abrir simultáneamente todos los polos. Cuando la corriente de cortocircuito no es
muy elevada, los disyuntores funcionan a mayor velocidad que los fusibles.
Poder de Corte
Es el valor máximo estimado de corriente de cortocircuito que puede interrumpir
un disyuntor con una tensión y en unas condiciones determinadas. Se expresa en
kiloamperios eficaces simétricos.
Poder de Cierre: Es el valor máximo de corriente que puede establecer un disyuntor con su
tensión nominal en condiciones determinadas. En corriente alterna, se expresa con el valor
de cresta de la corriente.
Autoprotección: Es la aptitud que posee un aparato para limitar la corriente de cortocircuito
con un valor inferior a su propio poder de corte, gracias a su impedancia interna.
Poder de Limitación: Un disyuntor es además limitador cuando el valor de la corriente que
realmente se interrumpe en caso de fallo es muy inferior al de la corriente de cortocircuito
estimado. La limitación de la corriente de cortocircuito depende de la velocidad de apertura
del aparato y de su capacidad para generar una tensión de arco superior a la tensión de la
red. Permite atenuar los efectos térmicos y electrodinámicos, proporcionando así una mejor
protección a los cables y al aparellaje.
Elementos de Protección
Relé de Sobrecarga
Los fallos más habituales en las máquinas son las sobrecargas, que se manifiestan a través de un
aumento de la corriente absorbida por el motor y de ciertos efectos térmicos. De todo lo expuesto se
deduce que la correcta protección contra las sobrecargas resulta imprescindible para:
Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de
calentamiento anómalas,
Garantizar la continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando
paradas imprevistas,
Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de
seguridad posibles para los equipos y las personas.
El sistema de protección contra las sobrecargas debe elegirse en función del nivel de protección
deseado:
relés térmicos de biláminas,
relés de sondas para termistancias PTC,
relés de máxima corriente,
relés electrónicos con sistemas de protección complementarios.
Relés Térmicos Biláminas.
Los relés térmicos de biláminas son los aparatos más utilizados para proteger los motores
contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o
continua. Sus características más habituales son:
Tripolares,
Compensados, es decir, insensibles a los cambios de la temperatura ambiente,
Sensibles a una pérdida de fase (1), por lo que evitan el funcionamiento
monofásico del motor,
Rearme automático o manual,
Graduación en “amperios motor”: visualización directa en el relé de la corriente
indicada en la placa de características del motor.
La curvatura que adoptan las biláminas no sólo se debe al calentamiento que provoca la corriente que
circula en las fases, sino también a los cambios de la temperatura ambiente. Este factor ambiental se
corrige con una bilámina de compensación sensible unicamente a los cambios de la temperatura
ambiente y que está montada en oposición a las biláminas principales.
Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas, pero durante la fase de
arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente, y
activarse únicamente si dicho pico, es decir la duración del arranque, resulta excesivamente larga.
La duración del arranque normal del motor es distinta para cada aplicación; puede ser de tan sólo
unos segundos (arranque en vacío, bajo par resistente de la máquina arrastrada, etc.) o de varias
decenas de segundos (máquina arrastrada con mucha inercia), por lo que es necesario contar con
relés adaptados a la duración de arranque. La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad
definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica:
• Relés de clase 10 Válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de arranque
inferior a 10 segundos.
• Relés de clase 20 Admiten arranques de hasta 20 segundos de duración.
• Relés de clase 30 Para arranques con un máximo de 30 segundos de duración.
Modos de Rearme
El relé de protección se puede adaptar fácilmente a las diversas condiciones de explotación
eligiendo el modo de rearme Manual o Auto (dispositivo de selección situado en la parte
frontal del relé), que permite tres procedimientos de rearranque:
Las máquinas simples que pueden funcionar sin control especial y consideradas no
peligrosas (bombas, climatizadores, etc.) se pueden rearrancar automáticamente
cuando se enfrían las biláminas: rearme Auto, esquema 2 hilos
En los automatismos complejos, el rearranque requiere la presencia de un operario
por motivos de índole técnica y de seguridad: rearme Auto, esquema 3 hilos.
También se recomienda este tipo de esquema para lo sequipos de difícil acceso.
Por motivos de seguridad, las operaciones de rearme del relé en funcionamiento
local y de arranque de la máquina debe realizarlas obligatoriamente el personal
cualificado: rearme Manual
Asociación con un contactor
Circuito de potencia: cada bobinado de calentamiento debe intercalarse en una fase o
polaridad del receptor protegido. Circuito de control: el contacto de apertura del relé debe
conectarse en serie dentro del circuito de la bobina del contactor que controla la puesta bajo
tensión del receptor.
Asociación con un dispositivo de protección contra los cortocircuitos
Los relés térmicos no sólo no protegen contra los cortocircuitos sino que requieren una
protección contra los mismos, por lo que es necesario asociarles un disyuntor o fusibles.
Elementos de Conmutación
El Contactor
El contactor electromagnético es un aparato mecánico de conexión controlado mediante electroimán
y con funcionamiento todo o nada. Cuando la bobina del electroimán está bajo tensión, el contactor
se cierra, estableciendo a través de los polos un circuito entre la red de alimentación y el receptor. El
desplazamiento de la partemóvil del electroimán que arrastra las partes móviles de los polos y de los
contactos auxiliares o, en determinados casos, del dispositivo de control de éstos, puede ser:
– rotativo, girando sobre un eje,
– lineal, deslizándose en paralelo a las partes fijas,
– una combinación de ambos.
Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina, el circuito magnético se desmagnetiza y el
contactor se abre por efecto de:
– los resortes de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil,
– la fuerza de gravedad, en determinados aparatos (las partes móviles recuperan su posición de
partida).
El contactor ofrece numerosas ventajas, entre las que destacan la posibilidad de:
interrumpir las corrientes monofásicas o polifásicas elevadas accionando un auxiliar de
mando recorrido por una corriente de baja intensidad,
funcionar tanto en servicio intermitente como en continuo,
controlar a distancia de forma manual o automática,utilizando hilos de sección pequeña o
acortandosignificativamente los cables de potencia,
aumentar los puestos de control y situarlos cerca del operario.
A estas características hay que añadir que el contactor:
es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados,
se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de control
(cambio de bobina),
garantiza la seguridad del personal contra arranques inesperados en caso de interrupción de
corriente momentánea (mediante pulsadores de control),
facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos esclavos,
impidiendo que la máquina se ponga en marcha sin que se hayan tomado todas las
precauciones necesarias,
protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura instantánea por debajo
de una tensión mínima),
puede incluirse en equipos de automatismos sencillos o complejos.
