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Técnicas para reducir el voltaje durante el arranque del motor

El suministro de la red eléctrica está siendo sometido a una presión cada vez mayor a medida que la industria recupera el impulso, por lo que aumentan las posibilidades de que el motor empiece a corromperlo. Existen varias técnicas para reducir la tensión durante el arranque y Jerry Hodek, del fabricante de motores Marathon Electric, explora qué es lo mejor para diferentes aplicaciones.

La forma más sencilla de arrancar un motor es 'directo en línea' (DoL). El único equipo requerido es un contactor y un relé de sobrecarga, pero hay una desventaja: inicialmente, la activación de los imanes internos del motor absorbe una gran corriente de la red. Esto es típicamente 6-10 veces la corriente nominal del motor y puede causar una baja tensión en la red. También significa que el par de arranque es alto, lo que lleva a deslizamiento de las correas, cargas de choque en los rodamientos y los componentes de accionamiento mecánico, y posibles daños al producto y golpe de ariete.

DoL puede ser aceptable para motores pequeños, pero cuanto mayor sea el motor mayores serán los problemas potenciales. Hay varias maneras de mitigar estos efectos, incluidos los arrancadores estrella-triángulo, los arrancadores suaves, los autotransformadores, los arrancadores de resistencia y los variadores de velocidad variable. Un arrancador estrella-triángulo consta de tres contactores, un relé de sobrecarga y un temporizador que cambia los contactores de la configuración de estrella a delta después de un período de tiempo establecido. Con estrella-triángulo, tanto la corriente del motor como el par son dos tercios más bajos en 'estrella' que en 'delta' (porque √3 * √3 = 3).

Un autotransformador usa un transformador para reducir el voltaje suministrado por 30-60%, por lo que la corriente y el torque se reducen, pero menos drásticamente que con un arrancador estrella-triángulo. A continuación, se usa un temporizador para cambiar a velocidad máxima, lo que proporciona un inicio de velocidad escalonada.

Se puede utilizar un arrancador de resistencia con motores de anillo deslizante (pero no con motores de jaula de ardilla) que tienen rotores que se enrollan para usar con una resistencia externa. La resistencia se usa para aumentar el torque; esto a su vez reduce la velocidad de inicio y limita la corriente de entrada. Una vez que el motor está funcionando a la velocidad reducida, la resistencia se elimina, usualmente al enrollarla manualmente, de modo que el motor asuma su velocidad nominal.

Los arrancadores suaves y los inversores aceleran la corriente al reducir la tensión en el arranque. Los arrancadores suaves no controlan la velocidad, los inversores sí. Durante la fase de inicio ambos se comportan de la misma manera. El cambio de los tiristores o transistores puede generar picos de tensión y armónicos en la red eléctrica y crear contaminación electromagnética o ruido, que puede ser necesario filtrar.

¿Qué iniciador dónde?

Al seleccionar un método de arranque para un motor dado, hay varios factores a considerar. Los proveedores de motores, como Marathon, generalmente pueden ofrecer asesoramiento detallado y experto, pero las ideas básicas se pueden resumir de la siguiente manera:

• ¿La fuente de alimentación es robusta y confiable? Si no es aconsejable un método de arranque suave. (Esto puede parecer una pregunta innecesaria en Europa occidental, pero puede ser un problema con los motores grandes y en cualquier otro lugar del mundo, incluido Norteamérica, donde la red puede ser menos confiable).

• Los requisitos de par de arranque, carga, inercia, aceleración y rango de velocidad de la aplicación.

• La capacidad de cortocircuito del sistema de distribución.

• Consideraciones de proceso, tales como los efectos de las cargas de choque y la vibración en maquinaria o golpes de ariete y problemas de sobretensiones en aplicaciones de bombeo.

• Características del motor tales como corrientes de entrada iniciales, corrientes de rotor bloqueadas y los consiguientes valores de par producidos durante la operación.

Se puede usar DoL o arranque de voltaje completo cuando la carga accionada pueda resistir el impacto de arranques repentinos y donde se pueda tolerar la caída de voltaje y otras perturbaciones del suministro de la red. En general, solo los motores pequeños y medianos pueden iniciarse tan abruptamente; Los motores y motores más grandes en aplicaciones sensibles necesitan una tensión reducida que comience a disminuir las cargas de choque mecánico en el equipo, limite la corriente de entrada en la red eléctrica y los circuitos, y reduzca las ondas de presión en las tuberías.

Cabe señalar que los picos de tensión pueden viajar a través de los sistemas de distribución de la red y causar problemas a una distancia considerable del motor donde se originan. Esto es particularmente cierto para los motores más grandes, por lo que Marathon y otros proveedores especializados han desarrollado una experiencia considerable en este campo. Por ejemplo, los picos de tensión pueden quemar fusibles, contactores y conmutadores; hacer que las luces parpadeen, se apaguen o que las bombillas fallen; causar problemas con otros equipos, como sistemas de control y computadoras de oficina; causa una lectura falsa de los sensores; interrumpe las señales de radio, teléfono y wi-fi. Es posible que estos problemas no se limiten a las premisas del operador del motor: los vecinos pueden tener motivos para la compensación y las empresas de suministro pueden tomar medidas coercitivas si la red de suministro eléctrico se ve comprometida.

Cada método de arranque de voltaje reducido tiene un grado de penalización de costo en comparación con DoL. Star-delta es, con mucho, la opción más barata para la reducción de voltaje, por lo que tiende a ser una opción popular. Los inicios suaves son más costosos, pero ofrecen muchas ventajas en términos de finura y confiabilidad; son particularmente populares en instalaciones de bombeo de agua y aguas residuales donde los motores son grandes y se debe evitar el golpe de ariete a toda costa. Los discos de velocidad variable son más caros aún, pero si es necesario perfilar la velocidad de salida del motor, en realidad son la única solución.

Los autotransformadores y los arrancadores de resistencia son tecnologías bastante anticuadas y solo se usan raramente en instalaciones contemporáneas.

La experiencia de Marathon es que los motores grandes se utilizan cada vez más en ubicaciones remotas, o en sitios donde la mano de obra se ha reducido significativamente a lo largo de los años. Por lo tanto, se debe tener en cuenta el mantenimiento y el mantenimiento, para la vida útil de la instalación, posiblemente largamente esperada. Si bien las tecnologías más simples parecerían ser la opción natural aquí, es notable que las unidades pueden ser interrogadas remotamente y operadas a través de telemetría, wi-fi o una red de comunicaciones de cable. Como tal, abren una dimensión completamente nueva a los operadores, que podrán monitorear equipos remotos y restablecerlos para cumplir con nuevas condiciones u optimizarlos contra otras partes del sistema. (También es notable que los componentes electrónicos modernos son robustos y confiables, por lo que es probable que tengan una vida útil larga y sin problemas).

En conclusión, podemos decir que la gran mayoría de las opciones de arranque del motor de baja tensión son estrella-triángulo, arrancadores suaves y variadores de velocidad y que sus costos reflejan su sofisticación. Marathon y otros proveedores de motor de buena reputación pueden brindar asesoramiento sobre una base de instalación por instalación.

Informador de la industria de procesos

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