Si alguna vez has especificado equipos de control de motores, seguro que te has encontrado con arrancadores suaves. Pero, ¿cómo funcionan exactamente y por qué ofrecen mejores resultados que las alternativas en una amplia gama de aplicaciones industriales? Esta guía explica el principio de funcionamiento, los componentes que intervienen y lo que ocurre realmente en el interior de un arrancador suave desde el momento en que se pulsa «arrancar» hasta que el motor alcanza la velocidad máxima.
Para entender por qué existen los arrancadores suaves, hay que partir del problema que resuelven.
Cuando un motor de inducción trifásico de CA se conecta directamente a la red eléctrica mediante un arranque directo en línea (DOL), consume una corriente de arranque de entre el 600 % y el 800 % de su corriente a plena carga (FLA) durante los primeros segundos de aceleración. En un motor de 90 kW con una FLA de 160 A, eso significa que circulan entre 960 y 1 280 A de corriente de arranque por los cables, el cuadro eléctrico y el transformador durante un máximo de 8 segundos. Al mismo tiempo, el eje del motor sufre una aplicación instantánea de par, lo que provoca un impacto mecánico que se transmite a través del acoplamiento hasta la carga accionada.
Las consecuencias:
Un arrancador suave resuelve estos problemas mediante tiristores, concretamente rectificadores controlados por silicio (SCR). Un arrancador suave trifásico típico contiene tres pares de SCR, uno por fase, conectados en antiparalelo (un SCR se encarga del semiciclo positivo y el otro, del negativo). Esto permite un control bidireccional completo de la tensión de cada fase.
La propiedad clave de un SCR es que solo conduce corriente durante la parte del ciclo de CA posterior a su activación mediante un pulso de puerta. Al ajustar la sincronización de este pulso de puerta, el «ángulo de disparo» (α), el arrancador suave controla qué parte de cada semiciclo se suministra al motor.
Paso 1: Tensión inicial (pedestal)
En el momento del arranque, el ángulo de encendido se ajusta a un valor alto (hacia el final del semiciclo), lo que hace que solo se suministre una pequeña parte de la tensión de alimentación al motor. Esta tensión inicial se denomina «tensión de pedestal» o «tensión de arranque» y suele fijarse entre el 20 % y el 40 % de la tensión de alimentación total. A este nivel, el motor comienza a desarrollar par, pero la corriente se limita a un máximo definido por el usuario (normalmente entre 2 y 4 veces la corriente nominal de arranque [FLA], en lugar de entre 6 y 8 veces la FLA en el caso del arranque directo en carga [DOL]).
Paso 2: Rampa de tensión
Durante el tiempo de rampa programado (normalmente entre 5 y 30 segundos), el ángulo de disparo se reduce progresivamente, lo que significa que los SCR conducen durante una parte cada vez mayor de cada semiciclo. La tensión eficaz suministrada al motor aumenta de forma suave desde el nivel inicial hasta la tensión de alimentación completa. A medida que aumenta la tensión, el par disponible crece y el motor acelera la carga de forma suave, sin la sacudida mecánica propia de un arranque directo o de estrella-triángulo.
Paso 3: Derivación y funcionamiento a plena velocidad
Cuando el motor alcanza la velocidad máxima (lo que se detecta por la caída de la corriente hasta el nivel de corriente de funcionamiento), el arrancador suave activa su derivación. En la mayoría de los arrancadores suaves modernos, se trata de un contactor de derivación interno que se cierra para crear una ruta eléctrica directa que evita los SCR, los cuales dejan entonces de dispararse por completo. Algunos diseños utilizan un contactor de derivación físico que conecta el motor directamente a la red de alimentación, eliminando por completo los SCR de la ruta de potencia.
En cualquier caso, el resultado es el mismo: el motor funciona a tensión y frecuencia máximas, sin pérdidas en los SCR en el circuito en estado estacionario. El consumo de energía del arrancador suave durante el funcionamiento es insignificante.
Paso 4: Parada suave
Cuando se emite la orden de parada, el arrancador suave invierte el proceso. El bypass se abre, los SCR retoman el control y el ángulo de disparo se incrementa progresivamente, reduciendo la tensión suministrada al motor a lo largo del tiempo de rampa de desaceleración programado. El motor desacelera suavemente, el caudal de la bomba se reduce gradualmente y la válvula de retención se cierra ante un caudal casi nulo, lo que elimina por completo el golpe de ariete.
Los arrancadores suaves modernos ofrecen dos modos de control para el arranque:
Un arrancador suave controla la tensión, no la frecuencia. Dado que la frecuencia de salida es siempre igual a la frecuencia de la red (50 Hz o 60 Hz), el motor solo puede funcionar a su velocidad síncrona nominal y no puede funcionar a velocidad reducida en condiciones normales de funcionamiento. Si su aplicación requiere velocidad variable, necesitará un variador de frecuencia (VFD). Para aplicaciones de velocidad fija, un arrancador suave es la solución más rentable y fiable.
Más allá del arranque y la parada, los arrancadores suaves modernos incluyen un completo conjunto de funciones de protección del motor que eliminan la necesidad de un relé de protección independiente:
Esta integración convierte al arrancador suave en una solución completa de gestión del motor, en lugar de un simple dispositivo de arranque suave, lo que elimina la necesidad de un relé de protección independiente y simplifica el diseño general del cuadro de control.
El parámetro fundamental para el dimensionamiento de un arrancador suave es la corriente a plena carga (FLA) del motor, no su potencia nominal en kW. Seleccione un arrancador suave con una corriente nominal igual o superior a la FLA del motor. Para aplicaciones de servicio pesado con tiempos de aceleración prolongados (trituradoras, molinos, cintas transportadoras cargadas), seleccione el tamaño de bastidor inmediatamente superior para disponer de margen térmico.
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