Arranque progresivo para motores asincronicos de pequeña potencia

Resumen

En este trabajo se presenta el estudio e implementación de un sistema alternativo, simple, confiable y de bajo costo para el arranque progresivo de motores asincrónicos con rotor en cortocircuito. Orientados a pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, en los cuales se utilizan generadores a inducción.

El sistema se implementó utilizando semiconductores de potencia, cuyo gobierno se efectúa mediante circuitos integrados (C.I.) que realizan el control por ángulo de fase. Además se detallan el diseño y análisis de las protecciones necesarias, así como también se calculan los disipadores térmicos que se requieren para administrar la potencia especificada.

También se describe la construcción de tres prototipos, dos monofásicos y uno trifásico, que fueron ensayados en el laboratorio. De las implementaciones monofásicas se obtuvieron importantes conclusiones sobre el funcionamiento de los C.I. de control. Mientras que el prototipo del circuito trifásico fue logrado a partir de conocer estas conclusiones fundamentales, los resultados obtenidos en el laboratorio son presentados al finalizar este trabajo.

Lista de Simbolos y Abreviaturas

Introducción

En la provincia de Misiones, generar energía renovable y a bajo costo puede lograrse empleando micro turbinas. Estas representan una solución alternativa y ecológicamente aceptable, es por ello que surge la necesidad constante de mejorar el funcionamiento de las partes que componen el sistema de generación.

Las PCH [9] [12] (pequeñas centrales hidroeléctricas) en las que se utilizan generadores a inducción existen varios inconvenientes, entre otros se pueden citar los siguientes:

• Perdida de excitación del sistema, debido a la inserción de cargas que producen picos de corriente importantes [10] [11].

• El control de tensión no es sencillo.

En este trabajo se presenta la implementación de un sistema de arranque progresivo, que se conecta entre el generador y la carga, para lograr que el sistema de generación sea perturbado de forma mínima. La carga considerada es un motor asincrónico tipo jaula de ardilla (o de rotor en cortocircuito) muy difundido en la industria. La implementación representa una solución útil y aplicable a distintos campos de la industria donde se necesite un arranque progresivo, como ser sistemas de bombeo donde se quiere evitar el deterioro de las tuberías o procesos donde intervienen cintas transportadoras, y no es recomendable una aceleración brusca.

El objetivo final se consiguió mediante la implementación de un sistema electrónico capaz de mejorar el funcionamiento de las PCH que trabajan aisladas de las redes comerciales, representa una solución eficaz, confiable y con un costo final reducido. Además el mantenimiento es simple debido a la carencia de microcontroladores en la implementación, por todo esto resulta un sistema alternativo ideal para pequeñas centrales y distintas aplicaciones industriales.

En el capítulo uno se expone la teoría de motores eléctricos, y se estudian sus principales características: principio de funcionamiento, circuito equivalente, análisis de las curvas, estudio del comportamiento según la carga mecánica, etc. Luego en el capitulo dos se analiza el proceso de arranque, se presentan y comparan los diferentes métodos de arranque con el fin de comprender los parámetros que intervienen en este régimen transitorio.

A continuación en el tercer capítulo se realiza el diseño de la etapa de potencia considerando la selección de semiconductores, protecciones y el cálculo de los disipadores térmicos necesarios para construir los prototipos del arranque progresivo. En el capítulo cuarto, se describe el diseño de la etapa de control y se detallan los ensayos realizados sobre los prototipos.

Teoría de los motores eléctricos

El motor eléctrico que se estudiara es el asíncrono, este es ampliamente utilizado en entornos industriales (máquinas–herramientas, grúas, ascensores, compresores, ventiladores, etc.) debido a su robustez, escaso mantenimiento, precio y tipo de alimentación (red trifásica disponible a través de la red de suministro de energía eléctrica). Se realizara primeramente un repaso general de motores antes de introducirnos en el arranque suave de motores asíncronos.

• Máquinas Eléctricas Rotativas

Son dispositivos eléctricos cuyo funcioamiento depende de la inducción electromagnética, constituido por elementos que pueden efectuar movimientos relativos de rotación y destinado a la transformación de energía.

Una máquina eléctrica rotativa es una máquina reversible, como puede observarse en el siguiente diagrama:

• Clasificación de las máquinas eléctricas rotativas

A continuación se enumeran las distintas maquinas en función del método empleado para generar el campo magnético:

• Máquinas síncronas: Alternador

-Intensidad continúa inyectada en las bobinas del rotor.

–Corriente alterna en las bobinas del estator.

• Máquinas de inducción: Motor

-Corrientes alternas en las bobinas del estator y/o del rotor.

-Intensidades en el rotor inducidas por el estator (Motor).

• Máquinas de corriente continua: Ambos

-Alimentadas en continua.

Las máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna pueden ser monofásicas o trifásicas (síncronas y de inducción); a continuación se enfocara el estudio sobre las maquinas de inducción.

• Máquina de Inducción. Aspecto Constructivo

Una máquina eléctrica rotativa posee una estructura básica compuesta por:

Un Rotor (parte giratoria): Es una pieza cilíndrica montada sobre el eje móvil, posee las ranuras sobre la superficie externa.

Un Estator (parte fija): Es una pieza cilíndrica hueca que envuelve al rotor y está separada de éste por el entrehierro, posee las ranuras en la superficie interna.

Ambos, tanto el estator como el rotor alojan bobinas (circuitos eléctricos). Existen dos circuitos eléctricos concatenados por un circuito magnético.

Figura 21 Corte transversal del motor de inducción

Figura 22 Motor con rotor tipo jaula de ardilla

En las máquinas asíncronas existe en todo momento una diferencia de velocidad o deslizamiento al no coincidir la velocidad del inductor con la del inducido. Estas maquinas se emplean casi exclusivamente como motores ya que como generador poseen muy bajo rendimiento.

Los motores asíncronos o de inducción están basados en el accionamiento de una masa metálica por la acción de un campo giratorio. Están formados por dos armaduras con campos giratorios coaxiales, una es fija (estator) y la otra móvil (rotor).

Hay dos tipos diferente de rotores de inducción que pueden utilizarse dentro del estator. Uno es rotor de jaula y el otro rotor devanado.

• Rotor de Jaula: esta constituido de una serie de barras conductoras dispuestas dentro de ranuras construidas en la cara del rotor y que se ponen en cortocircuito en sus extremos mediante anillos. Lleva este nombre porque si se examina por si solo los conductores parecen una de las ruedas de ejercicio donde las ardillas corren.

Su simplicidad y gran robustez son las ventajas más destacadas.

• Rotor Devanado: posee un conjunto de devanados trifásicos en idéntica disposición que los devanados del estator. Las tres fases del rotor se encuentran conectadas en estrella y cada extremo de los alambres del rotor esta unido a anillos rozantes en el eje del rotor, sobre los anillos rozantes existen escobillas que cortocircuitan los devanados del rotor.

Los motores de inducción de rotor devanado son menos utilizados, debido a su mayor costo, y a que requieren mayor mantenimiento que los de jaula de ardilla.

Figura 23 Rotores y bobinas

Figura 24 Rotor de un motor con anillos rozantes

Los motores de inducción son motores que se caracterizan porque son mecánicamente sencillos de construir, lo cual los hace muy robustos y sencillos, apenas requieren mantenimiento, son baratos y, en el caso de motores trifásicos, no necesitan arrancadores (arrancan por sí solos al conectarles la red trifásica de alimentación) y no se ven sometidos a vibraciones por efecto de la transformación de energía eléctrica en mecánica, ya que la potencia instantánea absorbida por una carga trifásica es constate e igual a la potencia activa. Estas son las principales ventajas que hacen que sea ampliamente utilizado en la industria.

• Principio de Funcionamiento. Fundamentos Teóricos

Si se aplica un sistema trifásico de intensidades en 3 bobinas desfasadas entre sí 120°, se inducen flujos magnéticos en cada bobina, perpendiculares al plano de la bobina respectiva y variables en el tiempo al igual que las intensidades que los producen, a este fenómeno se lo denomina generación del campo magnético giratorio.

Las corrientes trifásicas equilibradas introducidas por cada uno de los devanados del motor son:

Figura 25 Estator y rotor con eje coaxial

Si se cambia las intensidades de dos devanados entre sí cambia el sentido de giro.

El devanado rotórico está inmerso en un campo magnético giratorio (B) que induce una fem en el devanado del rotor .Ésta fem a su vez provocan la circulación de corriente (i) en el devanado del rotor.

Aparece entonces un par motor sobre el rotor. Este par tiene una fuerza dada por la siguiente ecuación; donde la magnitud, dirección y sentido de la fuerza actúa sobre los conductores del rotor:

Si aumentamos el número de polos magnéticos en el rotor, se puede conseguir que las bobinas del estator "vean" un flujo giratorio de velocidad superior a la de giro del rotor.

Figura 26 Generación de los polos

Así para conseguir 50 Hz se requiere una velocidad de giro de:

•3000 rpm si tiene dos polos (un par de polos)

•1500 rpm si tiene cuatro polos (dos pares de polos)

•1000 rpm si tiene seis polos

•750 rpm si tiene ocho polos

•600 rpm si tiene diez polos

Resumiendo lo expuesto se tiene un estator (con devanado trifásico simétrico, a 120º, alimentado con sistema trifásico equilibrado de tensiones desfasadas a 120º) y un rotor (espiras en cortocircuito). Al aplicar las tensiones se produce un campo giratorio y por la Ley de Faraday se induce una fem por el campo giratorio en los conductores del rotor, las espiras en corto circuito quedan sometidas a una tensión y circula entonces una corriente por las espiras del rotor y según la ley de Biot y Savart se induce una fuerza sobre las espiras del rotor (interacción i y B), produciéndose un par sobre el rotor que provoca su giro.

• Deslizamiento

En una máquina asíncrona existe en todo momento una diferencia de velocidad o deslizamiento, es decir, no coinciden la velocidad del inductor con la del inducido.

En la barra del rotor se induce un voltaje, este depende de la velocidad del rotor en relación con los campos magnéticos, así aparece el concepto de velocidad relativa. Se tienen dos términos utilizados para definir el movimiento relativo del rotor y los campos magnéticos.

Uno es la velocidad de deslizamiento, que es la diferencia entre la velocidad sincronía y la velocidad del rotor:

El otro término usado para describir el movimiento relativo es el deslizamiento, que es igual a la velocidad relativa expresada como una fracción de la unidad o un porcentaje:

Todas las velocidades normales del motor caen dentro de los dos siguientes extremos:

Si el rotor gira a velocidad sincronía s = 0.

Si el rotor esta estacionario s = 1

La velocidad mecánica del eje del rotor en términos de la velocidad sincronía y del deslizamiento la podemos expresar como.

En las siguientes graficas se observan la tensión inducida y la corriente rotórica en función de los valores de deslizamiento. Además se marcan los dos valores extremos particulares de deslizamiento (s=0 y s=1).

En la curva de corriente se tienen dos puntos particulares, en el punto 1 el valor de corriente es de aproximadamente seis veces el valor nominal, considerando que el arranque se produce con el motor sometido a plena carga. Mientras que en el punto 2 el motor se encuentra en régimen de marcha y a plena carga por lo que el valor de corriente es el nominal.

• Circuito Equivalente de un motor asincrónico trifásico

El circuito equivalente de un motor asincrónico es similar al de un transformador, debida a la acción de transformación que ocurre por las corrientes del estator (primario) que se inducen en el rotor (secundario).

Se analiza un circuito equivalente de transformador por fase, de un motor de inducción:

Donde R1 es la resistencia del estator y X1 su respectiva reactancia, mientras que E1 es el voltaje primario del estator acoplado al voltaje del secundario Er mediante el transformador ideal con relación de vueltas aef. El voltaje Er inducido en el rotor produce un flujo de corriente en el rotor. Rc representan las pérdidas en el núcleo y la reactancia Xm de magnetización. Además Rr y jXr es la impedancia del rotor.

Además I1 es la corriente de línea, I2 es la corriente rotórica, Im la de magnetización y la Ir es el flujo de corriente en el rotor.

• Circuito equivalente. Modelo del Rotor

Cuanto mayor sea el movimiento relativo entre los campos magnéticos del rotor y estator, mayor será el voltaje resultante y la frecuencia del rotor. El mayor movimiento relativo ocurre cuando el rotor se encuentra en estado estacionario, condición llamada de rotor detenido o de rotor bloqueado, de modo que en esta condición se induce el máximo voltaje y la máxima frecuencia. El mínimo voltaje (0V) y la mínima frecuencia (0Hz) ocurre cuando el rotor se mueve a la misma velocidad que el campo magnético del estator, es decir, a la velocidad de sincronismo, y por lo tanto no hay movimiento relativo.

El voltaje y la frecuencia del rotor son directamente proporcionales al deslizamiento del rotor. Por lo que el voltaje y la frecuencia inducidos para cualquier deslizamiento son:

Finalmente el circuito equivalente del rotor que obtenemos es el siguiente:

El flujo de corriente en el rotor se calculo como:

Figura 211 Circuito del rotor modificado

• Circuito equivalente final

Para obtener el circuito equivalente por fase, es necesario referir en el estator, el modelo del rotor.

Se obtiene así el circuito equivalente por fase:

Analíticamente se deduce un circuito equivalente con parámetros a rotor parado, en el que la resistencia que representa la del rotor es función del deslizamiento. Los valores necesarios para obtener analíticamente los parámetros del circuito equivalente se obtienen de dos ensayos de laboratorio: Ensayo de vacío y ensayo de rotor bloqueado.

• Potencia y Pérdidas de potencia en motores asincrónicos

Un motor de inducción es básicamente un transformador rotatorio cuyos devanados secundarios (el rotor) están en cortocircuito, por lo que no hay salida eléctrica desde los motores normales de inducción. En cambio la salida es mecánica.

Figura 213 Diagrama de flujo de potencia. Motor de inducción

• Potencia y par en un motor de inducción

Del circuito equivalente total por fase de un motor de inducción se deducen las ecuaciones de potencia y par. La corriente de entrada al motor por fase es:

Una vez conocida la potencia en el entrehierro la potencia mecánica tiene la siguiente ecuación:

También denominado par desarrollado por la maquina. Reemplazando el numerador y denominador de la ecuación anterior se tiene:

• Separación de las pérdidas y la potencia convertida. Circuito equivalente total

Analizando el circuito equivalente total se tiene:

Figura 214 Circuito total con separación de potencia y pérdidas

• Curva Par-Velocidad en un motor asíncrono trifásico

Analizando las curvas de par-velocidad del motor de inducción obtenemos las siguientes informaciones:

• El par inducido del motor es cero a la velocidad sincrónica.

• La curva par-velocidad es aproximadamente lineal entre vacío y plena carga, ya que cuando crece el deslizamiento, crece linealmente la corriente rotórica, el campo magnético del rotor y el par inducido.

• El par máximo o de desviación equivale 2 a 3 veces el par nominal, y no puede ser excedido.

• El par de arranque es mayor al par de plena carga.

• Para un deslizamiento dado, el par inducido varia con el cuadrado del voltaje aplicado.

• La maquina de inducción opera como generador cuando la velocidad del rotor opera a una velocidad mayor a la sincrónica. Entonces la dirección del par inducido se invierte, convirtiendo potencia mecánica en eléctrica.

• Para frenar con rapidez el motor, se invierten dos fases, que significa invertir la dirección de rotación del campo magnético.

Figura 217 Curva característica par-velocidad

• Tipos de cargas mecánicas. Par resistente

Se debe tener en cuenta que tipo de carga mecánica con que el motor va a trabajar ya que el par resistente depende de esta:

Figura 218 Pares resistentes vs. velocidad

• Clases para diseño de los motores de inducción

Se pueden producir una gran variedad de curvas par-velocidad cambiando características del rotor de los motores de inducción. Para ayudar a la industria a seleccionar los motores apropiados para las diferentes aplicaciones la NEMA (en USA) y la IEC (en Europa) realizaron una clasificación definiendo una serie de diseños estándar de rotores con diferentes curvas de par-velocidad.

La National Electric Manufacturers Association (siglas en ingles NEMA) y la International Electrotechnical Comisión (siglas IEC), han desarrollado un sistema identificador mediante letras para los motores comerciales, según las curvas par-velocidad para cada diseño como se observa en la siguiente figura:

Diseño clase A.

Es un motor de jaula de ardilla para usarse a velocidad constante. Sus principales características son las siguientes:

• Buena capacidad de disipación de calor.

• Alta resistencia y baja reactancia de arranque

• El par máximo esta en 200% y 300% del par de plena carga y ocurre a un bajo deslizamiento.

• Aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal.

• Presenta la mejor regulación de velocidad en 2 y 4%.

• Elevada corriente de arranque que varia entre 5 y 7 veces la corriente nominal.

• En los últimos años han sido reemplazados por los de clase B.

• Sus aplicaciones son en ventiladores, sopladores, bombas, tornos, etc.

Diseño clase B.

Se los denomina motores de propósito general y a este tipo pertenecen la mayoría de los motores con rotor de jaula de ardilla. Entre sus características se pueden citar las siguientes:

– Par de arranque normal, baja corriente de arranque y bajo deslizamiento.

– Produce prácticamente el mismo par de arranque que el de clase A.

– El par máximo es mayor o igual al 200% del par de plena carga.

– Deslizamiento bajo (menor al 5%).

– tienen preferencia por sobre los de clase A debido a su menor corriente de arranque.

Diseño clase C.

• Alto par de arranque (2 y 2.5 veces el nominal) con baja corriente de arranque (3.5 a 5 veces la nominal).

• Son construidos con doble jaula en el rotor, por lo que son más costosos.

• Bajo deslizamiento (menos del 5%) a plena carga.

• Debido al alto par de arranque tiene una aceleración rápida.

• Si es empleado con cargas pesadas, se limita la disipación térmica del motor, ya que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.

• Tiende a sobrecalentarse con arranques frecuentes.

• Se utilizan con cargas de alto par de arranque, bombas, compresores y transportadores.

Diseño clase D.

Normalmente son motores clase A, pero con barras más pequeñas y hechas de un material con resistencia más alta:

• También como de alto par y alta resistencia.

• Alto par de arranque (275% o mas del nominal) y baja corriente de arranque.

• Alto deslizamiento a plena carga.

• La alta resistencia del rotor desplaza el par máximo hacia una velocidad muy baja.

• Diseñado para servicio pesado de arranque, como ser grandes volantes utilizados en troqueladoras o cortadoras.

Otras clases existentes para motores de inducción son las E y F denominados de arranque suave pero casi obsoletas hoy en día.

• Selección de un motor de inducción [18]

1-Seleccionar carcasa y nivel de protección.

2-Seleccionar potencia en función de la potencia necesaria para arrastrar la carga.

3-Seleccionar velocidad n en función de la velocidad de carga.

4-Seleccionar forma normalizada de montaje (IM) en función de la ubicación.

5-Seleccionar clase de aislamiento en función de la temperatura esperada y ambiente de trabajo.

6-Seleccionar características mecánicas en función del par de arranque y resistente de la carga.

Arranque de motores asincrónicos trifásicos

• Generalidades

La intensidad de la corriente absorbida por el motor de la red de energía y una no adecuación de la cupla motora de arranque a las necesidades de la maquina accionada son los problemas mas comunes que se presentan en el arranque de los motores asincrónicos.

Durante el arranque se induce una gran tensión en el rotor debido a esto es la existencia de una elevada corriente de arranque. Dicha tensión es elevada debido a que el campo giratorio del estator, que carece de masa y por lo tanto de inercia, acelera más rápidamente que el rotor (de hecho el campo se acelera en forma instantánea). Esto conlleva a que durante el arranque exista gran velocidad relativa entre campo y rotor (deslizamiento 1), y por lo tanto máxima tensión inducida. Esta alta tensión inducida se genera sobre un circuito de baja impedancia (jaula de ardilla), provocando altas corrientes del rotor y por lo tanto las del estator y de línea.

Luego el rotor se acelera y se acerca a la velocidad del campo del estator, baja la velocidad relativa o deslizamiento y por lo tanto se reduce la tensión inducida bajando la corriente (se estabilizara en un valor igual o menor a la corriente nominal en función del estado de carga mecánica).

El valor inicial que toma la corriente es independiente del estado de carga, influyendo este únicamente en el tiempo de arranque y por lo tanto en el tiempo con alta corriente demandada de la red.

Se puede analizar el problema expuesto estudiando el circuito equivalente reducido de la maquina (referido al estator): para deslizamiento 1 (arranque) la resistencia es mínima y por lo tanto la corriente es máxima.

Donde:

Si observamos la ecuación anterior se concluye que la corriente de arranque puede reducirse:

• Bajando la tensión inducida en el rotor (disminuyendo la tensión aplicada al estator).

• Subiendo la resistencia retórica durante el arranque.

• Impidiendo valores elevados de deslizamiento (Acelerando al campo junto con el rotor mediante un convertidor de frecuencia).

Se debe analizar cada situación particular de arranque ya que puede darse situaciones en que se desee lograr un arranque suave desde el punto de vista mecánico y se busca reducir la cupla motora de arranque junto con la corriente de arranque. En otros casos se desea suavizar el arranque o controlar la aceleración y no importa lograr una reducción de corriente; finalmente existen aplicaciones altamente exigentes en donde se requiere reducir la corriente de arranque si perder cupla motora, incluso si es posible se trata de aumentar la cupla de arranque.

Se desea reducir la corriente de arranque por varias razones:

• I. Para limitar las caídas de tensión en las líneas de alimentación, que afectan a otros consumidores y al propio motor ya que prolongan el tiempo de arranque por perdida de cupla.

• II. Para reducir las perdidas y el consiguiente calentamiento del motor (especialmente en aquellos motores que tienen arranques pesados o alta frecuencias de maniobras de marcha y parada).

• III. Para prolongar la vida útil del motor que se reduce por calentamiento excesivo y dilataciones y contracciones en las varillas de la jaula de ardilla que terminan por cortarlas o desoldarlas de los anillos de cortocircuito.

La cupla también es deseable reducirla en algunas aplicaciones para:

• I. Lograr una aceleración mas suave por disminución de la cupla acelerante (Cm-Cr).

• II. Evitar grandes esfuerzos de torsión sobre ejes y elementos de acoplamiento entre el motor y la maquina accionada (en particular en las maquinas de gran momento de inercia).

• III. Para evitar que sistemas de transmisión como correas o engranajes patinen o se dañen prematuramente.

• Arranque de motores trifásicos asincrónicos con rotor jaula de ardilla

• Arranque Directo

En lo posible los motores de inducción se arrancan en forma directa. Es el más sencillo de todos los métodos de arranque ya que requiere de un número mínimo de elementos de maniobra, y a la vez el dimensionamiento de los mismos no presenta mayores dificultades. Básicamente consiste en alimentar al motor en reposo con su tensión nominal.Aplicaciones con este tipo de arranque:

Se utiliza en el arranque de motores de baja potencia (hasta 7,5 CV aproximadamente) en aquellas máquinas que no presentan riesgos de ruptura o patinaje en sus transmisiones. Se emplean en el accionamiento de bombas, válvulas, mezcladoras, cintas transportadoras, ventiladores, etc. en forma descentralizada. Además se puede realizar un mando a distancia mediante el contactor de este arranque, utilizando por ejemplo interruptores de flotadores, de fin de carrera o pulsadores. Se evita un nuevo arranque después de una interrupción de la tensión porque el contactor permanece abierto al retorna la tensión hasta que se accionan los pulsadores.

También se recurre al arranque directo de grandes motores que se encuentran conectados a poca distancia de un transformación de distribución (sin problemas de caídas de tensión) y con acoplamientos directos a las maquinas accionadas que permiten soportar los esfuerzos de torsión.

Como ventaja más sobresalientes tenemos que este tipo de arranque presenta un bajo costo inicial y simplicidad.

Desventajas de este arranque:

Las corrientes de arranque pueden llegar a siete veces el valor de la corriente nominal del motor, según tipo de rotor, (altos picos de corriente) causando fuertes caídas de tensión, especialmente en líneas largas). Aceleración brusca que puede traer inconvenientes mecánicos.

Presenta daños y costos de mantenimiento de las partes mecánicas de transmisión de movimiento. Continúo mantenimiento del arrancador.

Circuito de potencia del arrancador:

El circuito de potencia del arrancador posee un elemento de seccionamiento que permite aislar a la alimentación del resto del arrancador para poder realizar tareas de mantenimiento. El arrancador deberá contar con un elemento de protección contra cortocircuitos que proteja a los conductores y a los propios elementos de maniobra y de protección contra sobrecargas del mismo, contra los efectos térmicos que provoca dicha falla.

Para la maniobra de puesta en marcha y parada se emplea un contactor en la mayoría de los casos, aportando ventajas en cuanto a la posibilidad de vincular el arrancador a un automatismo de mando y señalización a distancia. Finalmente se completara el arrancador con un elemento de protección contra sobrecargas del propio motor (esta función en general también brinda protección contra falta de fase).

En casos especiales se pueden incorporar protecciones por baja tensión y sondas PTC o termistores que permiten censar la real temperatura de los arrollamientos del motor (sobre todo en casos de gran frecuencia de maniobras o frenados por contracorriente).

Dimensionamiento de los elementos del arrancador:

1-Para obtener los conductores de alimentación se hace una elección por calentamiento, es decir, en base a la corriente nominal del motor se elige un conductor que tendido en cuenta todos los factores de instalación y de temperatura ambiente soporte dicha corriente (elegir mediante catálogos de fabricantes de cables). Luego de elegido el conductor se lo debe verificar por caída de tensión, ya que en general el cable adoptado por el criterio de la corriente admisible debe ser aumentado en sección para cumplir con la máxima caída de tensión admisible. Si los valores de caída de tensión son muy grandes en el arranque, aun después de subir en dos medidas comerciales la sección de los conductores, indican que se debe recurrir a otro sistema de arranque que reduzca la corriente.

2-Fusibles: la tendencia es sustituir los fusibles por protecciones magnéticas asociadas a los guardamotores, en algunos casos (grandes motores) se siguen empleando fusibles NH como protección de respaldo, es decir, los fusibles se lo sobredimensiona para evitar fusiones indeseables durante el arranque y entonces deben obligatoriamente ser acompañados por protecciones contra sobrecargas que actúen para las corrientes de fallas menores a las que los fusibles son capaces de cortar.

El fusible debe soportar el arranque del motor, por lo que el punto determinado por el tiempo de arranque y la corriente de arranque, se debe encontrar por debajo y a la izquierda de la curva de operación del fusible en un grafico tiempo/corriente; tomando un factor de seguridad de orden de 1,5 veces el tiempo de arranque del motor.

3-Contactor: se debe elegir de modo tal que su corriente de empleo (Ie) en categoría AC3 sea mayor o igual a la corriente nominal del motor, o lo que es lo mismo que la potencia máxima que el contactor pueda manejar en categoría AC3 y a la tensión nominal del motor sea mayor o igual a la potencia del motor.

4-Rele Térmico: se debe elegir de modo tal que la corriente nominal del motor quede aproximadamente en el medio entre los márgenes de regulación de dicho relé. Forma de regularlo: poner en marcha el motor con su carga normal y si luego de algunos minutos no se produce el disparo del relé, reducir la corriente de disparo regulada. Nuevamente esperar un tiempo prudencial y si el relé sigue sin disparar reducir nuevamente la corriente, seguir operando de esta manera hasta que actué el relé. Finalmente se dejara ajustado el relé a un valor levemente superior al que produjo el disparo (nunca mayor a la corriente nominal indicada en la chapa de datos del motor).

5-Cada vez mas se emplean guardamotores magnetotérmicos ya que reducen los tiempos de montaje y el espacio ocupado dentro de los tableros ya que estos reemplazan al seccionador, los fusibles y el relé térmico, evitando problemas por mala coordinación entre protecciones y disponiendo de elevadas capacidades de ruptura. Para su elección se procede de igual manera que en el caso de relé térmico. En un arranque tradicional (fusibles + contactor+ relé térmico) una mala coordinación entre estos elementos puede ocasionar daños irreversibles a los bimetales o resistencias calefactores del relé térmico, con el guardamotor resolvemos este problema de coordinación entre el elemento de protección contra cortocircuitos y el de protección contra sobrecargas. La coordinación guardamotor y contactor no presenta mayores dificultades.

• Arranque Estrella Triángulo

Es un método de arranque muy sencillo y relativamente de bajo costo por ello es muy difundido en los sistemas electromecánicos de arranque por tensión reducida.

Este método de arranque se puede aplicar tanto a motores de rotor devanado como a motores de rotor en jaula de ardilla, la única condición que debe de cumplir el motor para que pueda aplicársele este método de arranque es que tenga acceso completo a los devanados del estator (6 bornes de conexión); situación que no se da en todos los motores, como por ejemplo en las bombas sumergibles; y que la tensión para conexión triangulo coincida con la tensión de línea de la red, o lo que es lo mismo, que la tensión para la cual fue calculado el arrollamiento de cada fase coincida con la tensión de línea disponible. Por lo general este tipo de arranque se utiliza para motores pequeños.

Reducciones obtenidas mediante este arranque:

-Reducción de la corriente de línea: La tensión de línea aplicada al motor en conexión estrella y triangulo es la misma, la diferencia en los valore de corriente para ambas conexiones esta dada por el distinto valor de impedancia que el motor presenta para cada situación, entre los terminales de línea. Veamos los siguientes esquemas:

Se demuestra así como la corriente de línea queda reducida 3 veces mediante un arranque estrella triángulo.

-Reducción de la cupla motora:

Como el par queda reducido a la tercera parte, hay que tener esto en cuenta si el motor arranca con toda la carga, conviene que el motor arranque en vacío o con poca carga.