EL ARRANCADOR ESTÁTICO

1.-INTRODUCCIÓN

Los motores trifásicos de inducción presentan una intensidad en el momento del arranque del orden de entre 4 y 7 veces la nominal, para motores de jaula sencilla. Esta sobreintensidad decrece rápidamente conforme el motor adquiere velocidad, hasta estabilizarse en un valor razonable en su punto de trabajo. No obstante esta “punta de corriente de arranque” provoca caídas de tensión y perturbaciones en la red que puede afectar a otros receptores. El rebt en la instrucción itc-bt-47, obliga a incorporar sistemas

El arrancador estático consiste, básicamente, en un convertidor estático, alterna-alterna, generalmente tiristores, que permiten el arranque de c.a. Con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. El arrancador estático se divide en dos partes: el circuito de potencia y el circuito de regulación (y maniobra). Al poner en servicio el equipo, los tiristores dejan pasar la corriente que alimentan el motor de acuerdo con la programación realizada sobre el circuito de maniobra, que ira aumentando progresivamente hasta alcanzar el valor nominal de la tensión de servicio. La posibilidad del arranque progresivo también se puede dar en sentido contrario, durante la parada del motor, de tal manera que se vaya reduciendo la tensión a un 60% del valor nominal, y en ese momento hacer el paro. Arrancadores estáticos destinados a la aceleración, a la deceleración y a la protección de motores de inducción trifásicos. El control de la tensión aplicada al motor mediante el ajuste del ángulo de disparo de los tiristores permite obtener arranques y paradas suaves del mismo. Con el ajuste adecuado de las variables, el par (torque) es ajustado a la necesidad de la carga, garantizando de esta forma que la corriente solicitada sea la mínima para el arranque.

VENTAJAS

•arranques suaves con aceleración programable por el usuario.

•los precios de la electrónica de potencia bajaron esta última década, con lo cual su compra es asequible.

DESVENTAJAS

•aunque los arrancadores no son caros, el arranque estrella-triángulo es mucho más barato y en algunas casos suficientemente efectivo.

•están siendo eclipsados por los variadores de frecuencia (ver variación de velocidad).

2.-ARRANQUE DIRECTO DE LA RED

 

como su propio nombre indica, el motor se conecta directamente a la red de su tensión nominal, y con la conexión adecuada para dicha tensión (estrella o triángulo). En el caso de que su potencia supere 1 (cv), debe de ser un motor cuya relación ia/in no supere los valores establecidos por el rebt en itc-bt- 47 (ia: corriente de arranque).

 puedes ver en   El esquema de un arranque directo. Normalmente el responsable de la conexión entre el motor y la red es un contactor tripolar de la clase ac3 (para cargas inductivas), gobernado por un circuito de mando o control, que puede ser cableado o programable. Aguas arriba es habitual algún dispositivo de corte para aislar el motor de la red; en este caso es un seccionador. Además de aislar el seccionador incorpora fusibles, para la protección frente a cortocircuitos.

 el relé térmico es un dispositivo de protección frente a sobrecargas de intensidad, producidas por pares de carga mayores del nominal que originan que el motor funcione a menos velocidad, más deslizamiento y más intensidad este dispositivo en el caso de detectar una sobrecarga, desconecta la bobina del contactor y este a su vez, desconecta el motor de la red. Existen también otras alternativas, como el uso de guardamotores, que protegen frente a cortocircuitos y frente a sobrecargas, sustituyendo al seccionador-fusibles y al relé térmico.

puedes observar en la figura como se reduce la intensidad en el arranque (punto de velocidad nula); pero que también disminuye el par, con lo cual estos métodos pueden no servir ante cargas de elevado par de arranque (cargas a las que cuesta arrancar). Se demuestra matemáticamente que las variaciones del par y de la intensidad con la tensión, en el arranque son

Dónde:

V: tensión inferior a la nominal. Vn: tensión nominal. Ma: par de arranque a la tensión v. Man: par de arranque la tensión nominal. Ia: corriente de arranque a la tensión v. Ian: corriente de arranque la tensión nominal.

 Estas ecuaciones quieren decir que la ia disminuye de igual forma que la tensión y ma lo hace de forma cuadrática. Por ejemplo si la tensión se reduce la mitad tenemos:

 por tanto si la tensión disminuye la mitad, ia disminuye la mitad y ma la cuarta parte.

Los métodos de arranque   que usan este sistema son:

Arranque por resistencias rotóricas Arranque por autotransformador. Arranque estrella-triángulo (con matices) Arrancadores estáticos.

3.-ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS

Si en el momento del arranque conectamos en serie resistencias, estas producirán una caída de tensión que consigue que la tensión del motor sea inferior a la nominal. Una vez que este se acerca a la velocidad de funcionamiento, las resistencias se cortocircuitan y el motor queda alimentado a tensión nominal. La secuencia de funcionamiento es la siguiente:

- Se cierra el contactor km1, quedando el motor a tensión nominal.- Tras un tiempo prefijado, se cierra km2 cortocircuitando las resistencias.

 

VENTAJAS

Muy sencillo y barato.

 

DESVENTAJAS

El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válido ante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy está casi obsoleto.

4.-ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR (OBSOLETO)

En este método la reducción de tensión se realiza mediante un autotransformador. Normalmente durante el proceso de arranque el número de espiras del secundario no se varía, luego la relación de transformación (rt) es constante, aunque puede regularse de cara a un siguiente arranque en función del par resistente de la carga.

 la secuencia de funcionamiento es la siguiente :

- Se cierra km1 y km2, haciéndose la estrella en el secundario del autotrafo y alimentándose el motor a la tensión del secundario (punto 1). El punto de funcionamiento evoluciona desde 1 hacia 2.

- Tras un tiempo prefijado, se abre km2 y se cierra km3 de forma casi simultánea, conectando el motor a su tensión nominal. El motor pasa del punto 2 al 3.

- Finalmente se estabiliza en el punto de funcionamiento (4) a su tensión nominal.

 

VENTAJAS

Automatismo muy sencillo.

 DESVENTAJAS

El par de arranque disminuye de forma cuadrática, luego solo es válido ante cargas de bajísimo par de arranque. Hoy se utiliza poco.

Es más caro debido al precio del autotransformador.

 ACTIVIDAD

Si un autotrafo de tensiones 400/230 (v) se utiliza para arrancar un motor asíncrono, ¿cuánto se reducen la corriente y el par de arranque?

6.-arranque estrella-triángulo

Este arranque se basa en conectar el motor en estrella sobre una red donde debe de conectare en triángulo. De esta forma durante el arranque los devanados del estator están

a una tensión

Veces inferior a la nominal. Supongamos que tenemos un motor de 400/230 y una red de 230 (v). El motor debe sobre esta red, de conectarse en triángulo y sus devanados soportan 230 (v). Fíjate en fig. Donde podemos ver que su corriente de arranque es 15 (a), si se arranca de forma directa en triángulo sobre 230 (v). Pero ¿qué pasa si lo conecto en estrella en la red de 230 (v) y procedemos al arranque? ¿cuál será su corriente de arranque?

 

Según la figura en conexión estrella sobre una red de 230(v) cada devanado soporta 127 (v), con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos inducción, el motor es débil y la curva de par presenta valores más bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que el par de arranque se reduce un tercio.

respecto a la corriente de arranque esta también se reduce un tercio; recuerda uno de los “dogmas” del trifásico que estudiaste:

“tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente de línea que en estrella, a la misma tensión de red”. La tensión de la red es la misma se arranque el motor en estrella-triángulo o directamente en triángulo, con lo que en estrella la ia es tres veces más pequeña.

La secuencia de funcionamiento es la siguiente:

 

- Se cierra km1 y km2 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que km2 cortocircuita x-y-z). A continuación la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2.

- Transcurrido un pequeño tiempo (de 2 a 5 s), se abre km2 y simultáneamente se cierra km3 (que cortocircuita u-z, v-x, w-y) con lo cual el motor se conecta en triángulo (salto del punto 2 al 3). Observa el fig. X que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los realizan los contactores (km2 para la estrella y km3 para el triángulo).

- Finalmente el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de carga.

5.-INVERSIÓN DE GIRO

Para invertir el giro del motor habrá que invertir el giro del campo magnético creado por el estator; de esta forma el rotor tenderá a seguirlo y girará en sentido contrario. Para conseguirlo, basta con invertir un par de fases cualesquiera de la línea trifásica de alimentación al motor, lo que en la práctica se realiza con dos contactores de conexión a red.

de conexión a red.