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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 existe una desventaja: inicialmente, la activación de los imanes internos del motor consume una gran corriente de la red eléctrica. Esto suele ser 6 – 10 multiplicado por la corriente nominal del motor y puede causar una baja tensión en la red eléctrica. También significa que el par de arranque es alto, lo que provoca el deslizamiento de las correas, las cargas de choque en los rodamientos y los componentes mecánicos del accionamiento, y el posible daño del producto y el golpe de ariete.

DoL puede ser aceptable para motores pequeños, pero cuanto mayor sea el motor, mayores serán los problemas potenciales. Hay varias formas de mitigar estos efectos, incluidos los arrancadores estrella-delta, arranques suaves, autotransformadores, arrancadores de resistencia y unidades de velocidad variable. Un arrancador estrella-delta consta de tres contactores, un relé de sobrecarga y un temporizador que cambia los contactores de la configuración en 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 utiliza un transformador para reducir el voltaje suministrado por 30 – 60%, por lo que la corriente y el par se reducen, pero de forma menos drástica que con un arrancador estrella-delta. Luego se usa un temporizador para cambiar a la 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 el voltaje en el arranque. Los arrancadores suaves no controlan la velocidad, los inversores sí lo hacen. Durante la fase de inicio ambos se comportan de la misma manera. La conmutación de los tiristores o transistores puede generar picos de voltaje 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:

• ¿Es la red eléctrica robusta y fiable? Si no es un método de arranque suave es recomendable. (Esto puede parecer una pregunta innecesaria en Europa occidental, pero puede ser un problema con motores grandes y en otras partes del mundo, incluida América del Norte, donde la red eléctrica 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 sobre el proceso, como los efectos de las cargas de choque y la vibración en la maquinaria o los golpes de ariete y los aumentos de presión en aplicaciones de bombeo.

• Características del motor, como las corrientes de arranque iniciales, las corrientes de rotor bloqueadas y los valores de par resultantes 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 voltaje 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 motores más grandes, por lo que Marathon y otros proveedores especializados han desarrollado una experiencia considerable en este campo. Por ejemplo, los picos de voltaje pueden quemar fusibles, contactores y equipos de conmutación; hace que las luces parpadeen, se apaguen o las bombillas fallen; causar problemas con otros equipos, como sistemas de control y computadoras de oficina; causar falsa lectura de sensores; Interrumpir las señales de radio, teléfono y wi-fi. Es posible que estos problemas no se limiten a las instalaciones del operador del motor: los vecinos pueden tener motivos para la compensación y los servicios públicos de suministro pueden tomar medidas de cumplimiento si la red de red está en peligro.

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 reducir el voltaje, por lo que suele ser una opción popular. Los arranques suaves son más caros, pero ofrecen muchas ventajas en términos de delicadeza y confiabilidad; Son particularmente populares en las instalaciones de bombeo de agua y aguas residuales donde los motores son grandes y el golpe de ariete se debe evitar a toda costa. Los variadores de velocidad aún son más caros, pero si la velocidad de salida del motor debe perfilarse, en realidad es la única solución.

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

Según la experiencia de Marathon, los motores grandes se utilizan cada vez más en lugares remotos o en sitios donde la mano de obra se ha reducido significativamente con el paso de los años. Por lo tanto, se debe tener en cuenta el mantenimiento y el servicio, para la vida útil posiblemente prolongada de la instalación. Si bien las tecnologías más simples parecen la opción natural aquí, es notable que las unidades puedan ser interrogadas y operadas de forma remota a través de telemetría, wi-fi o una red de comunicaciones por cable. Como tal, abren una nueva dimensión a los operadores, quienes podrán monitorear los equipos remotos y restablecerlos para cumplir con las nuevas condiciones u optimizarlos contra otras partes del sistema. (También es notable que la electrónica moderna sea robusta y confiable, por lo que es probable que tenga una vida laboral 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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