¿Qué es el arrancador de motor? Tipos de arrancadores de motor y métodos de arranque de motor

Tipos de arrancadores de motor y técnicas de arranque de motor

¿Qué es un arrancador de motor?

Un arrancador de motor es un dispositivo eléctrico que se utiliza para arrancar y detener un motor de forma segura. Similar a un relé, el arrancador de motor enciende y apaga la alimentación y, a diferencia de un relé, también proporciona protección contra sobrecorriente y bajo voltaje.

La función principal de un arrancador de motor es;

• Para arrancar un motor de forma segura
• Para detener un motor de forma segura
• Para invertir la dirección de un motor
• Para proteger el motor de bajo voltaje y sobrecorriente.

Un arrancador de motor está hecho de dos componentes principales que trabajan juntos para controlar y proteger el motor;

• Contactor eléctrico :El propósito del contactor es encender/apagar el suministro de energía al motor haciendo o rompiendo los terminales de contacto.
• Circuito de protección contra sobrecarga :El propósito de este circuito es proteger el motor de daños potenciales debido a la condición de sobrecarga. Una gran corriente a través del rotor puede dañar el devanado y otros aparatos conectados al suministro. Detecta la corriente y interrumpe la fuente de alimentación.

¿Por qué necesitamos un arrancador con motor?

Un arrancador de motor es esencial para arrancar un motor de inducción. Es debido a su baja impedancia del rotor. La impedancia del rotor depende del deslizamiento del motor de inducción, que es la velocidad relativa entre el rotor y el estator. La impedancia varía inversamente con el deslizamiento.

El deslizamiento del motor de inducción es máximo, es decir, 1 en reposo (posición de reposo), por lo que la impedancia es mínima y consume una gran cantidad de corriente llamada corriente de entrada. La alta corriente de irrupción magnetiza el espacio de aire entre el rotor y el estator que induce un EMF en el devanado del rotor. Este EMF produce una corriente eléctrica en el devanado del rotor que crea un campo magnético para generar par en el rotor. A medida que aumenta la velocidad del rotor, el deslizamiento del motor disminuye y la corriente consumida por el motor se reduce.

La alta corriente de arranque es de 5 a 8 veces la corriente de carga completa nominal normal. Por lo tanto, tal cantidad de corriente puede dañar o quemar los devanados del motor que inutilizará la máquina y puede causar una gran caída en el voltaje de la línea de suministro que puede dañar otros aparatos conectados a la misma línea.

Para proteger el motor de una cantidad tan grande de corrientes, usamos un arrancador que limita la corriente inicial durante un breve período de tiempo en el arranque y una vez que el motor alcanza cierta velocidad. , se reanuda la alimentación normal del motor. También brindan protección contra condiciones de falla como bajo voltaje y sobrecorriente durante el funcionamiento normal.

Aunque los motores pequeños de menos de 1 caballo de fuerza tienen una alta impedancia y pueden soportar la corriente inicial, por lo que no necesitan dicho arrancador de motor, sin embargo, sí necesitan un sistema de protección contra sobrecorriente que se proporciona. por los arrancadores DOL (Direct On-Line). La explicación anterior muestra por qué necesitamos un arrancador para instalar con un motor?

¿Cómo funciona un arrancador de motor?

Un arrancador es un dispositivo de control que se utiliza para cambiar el motor de forma manual o automática. Se utiliza para el control seguro de ENCENDIDO/APAGADO de motores eléctricos haciendo o rompiendo sus contactos.

El arrancador manual se usa para motores más pequeños donde la palanca manual se opera manualmente (mueve la posición de los contactos) a la posición de ENCENDIDO o APAGADO. La desventaja de este tipo de arrancadores es que necesitan encenderse después de que la energía sea más frágil. En otras palabras, necesitan control manual para cada operación (ENCENDIDO o APAGADO). A veces, esta operación puede provocar que fluyan altas corrientes en el devanado del motor que pueden quemar el motor. Por este motivo, no se recomienda en la mayoría de los casos en los que se utilizan otros arrancadores de motor alternativos con protección, como los arrancadores automáticos.

Por otro lado, los arrancadores automáticos que consisten en relés electromecánicos y contactores se utilizan para encender/apagar el funcionamiento del motor. Cuando la corriente pasa a través de las bobinas del contactor, se energiza y produce el campo electromagnético que atrae o empuja los contactos para conectar los devanados del motor a la fuente de alimentación.

Los botones pulsadores de arranque y parada conectados al motor y al arrancador se pueden usar para la operación de ENCENDIDO y APAGADO de los motores. Las bobinas del contactor se pueden desenergizar presionando el botón de parada que conduce a desenergizar la bobina. De esta manera, los contactos del contactor retroceden debido a la disposición de los resortes a su posición normal, lo que lleva a apagar el motor. En caso de corte de energía o operación de apagado manual, el motor no arrancará automáticamente hasta que arranquemos manualmente el motor presionando el "botón de arranque". El siguiente diagrama muestra cómo funciona un arrancador de motor DOL para la operación de ENCENDIDO/APAGADO.

Tipos de arrancadores de motor basados ​​en métodos y técnicas de arranque

En las industrias, se utilizan varias técnicas de arranque para arrancar un motor de inducción. Antes de discutir los tipos de motores, estas son algunas de las técnicas utilizadas en los arrancadores de motores.

• Arrancador de voltaje total o cruzado

Dichos arrancadores conectan directamente el motor con la línea de alimentación que proporciona el voltaje total. Los motores conectados a través de tales arrancadores tienen clasificaciones de baja potencia para que no creen una gran caída de tensión en la línea de alimentación. Se utilizan en una aplicación en la que los motores tienen valores nominales bajos y necesitan funcionar en una dirección.

• Arrancador inversor de voltaje completo

La dirección del motor de inducción trifásico se puede invertir intercambiando dos fases cualquiera. Dicho arrancador incorpora dos contactores magnéticos enclavados mecánicamente con fases intercambiadas para la dirección de avance y retroceso. Se usa en una aplicación donde el motor necesita funcionar en ambas direcciones y los contactores se usan para controlarlo.

• Arrancador de varias velocidades

Para variar la velocidad de un motor de CA, debe variar la frecuencia de suministro de CA o variar la cantidad de polos (reconectando los devanados en algunos) del motor. Dichos tipos de arrancadores hacen funcionar el motor en unas pocas velocidades preseleccionadas para cumplir con sus aplicaciones.

• Arrancador de voltaje reducido

El tipo más común de técnica de arranque es reducir el voltaje al arrancar el motor para reducir la corriente de entrada que podría dañar los devanados del motor y también causar una gran caída en voltaje Estos arrancadores se utilizan para motores de alta potencia.

Según las técnicas descritas anteriormente, los siguientes tipos de arrancadores de motor se utilizan en las industrias.

Tipo de arrancadores de motor:

Discutiremos los siguientes tipos de motores y sus métodos de arranque en base a los métodos de arranque de motores anteriores con ventajas y desventajas.

1. Iniciador directo en línea (DOL)
2. Arrancador de resistencia del estator
3. Resistencia del rotor o Arrancador de motor de anillo rozante
4. Arrancador de autotransformador
5. Arrancador Estrella Delta
6. Arrancador suave
7. Unidad de frecuencia variable (VFD)

Los arrancadores de motor tienen muchos tipos pero principalmente se clasifican en dos tipos.

• Arrancador manual

Este tipo de iniciador funciona manualmente y no requiere experiencia. Se utiliza un botón para apagar y encender el motor conectado con él. El mecanismo detrás del botón incluye un interruptor mecánico que rompe o hace que el circuito pare o arranque el motor.

También brindan protección contra sobrecargas. Sin embargo, estos arrancadores no tienen LVP (protección de bajo voltaje), es decir, no rompen el circuito en caso de corte de energía. Puede ser peligroso para algunas aplicaciones porque el motor se reinicia cuando se restablece la energía. Por lo tanto, se utilizan para un motor de baja potencia. El arrancador directo en línea (DOL) es un arrancador manual que brinda protección contra sobrecargas.

• Arrancador magnético

Los arrancadores magnéticos son el tipo de arrancador más común y se utilizan principalmente para motores de CA de alta potencia. Estos arrancadores funcionan electromagnéticamente como un relé que abre o cierra los contactos usando magnetismo.

Proporciona un voltaje más bajo y más seguro para el arranque y también incluye protección contra bajo voltaje y sobrecorriente. Durante la falla de energía, el arrancador magnético rompe automáticamente el circuito. A diferencia de los arrancadores manuales, incluye operación automática y remota que excluye al operador.

El arrancador magnético consta de dos circuitos;

• Circuito de alimentación; este circuito es el encargado de suministrar energía al motor. Consiste en contactos eléctricos que encienden/apagan la energía suministrada desde la línea de suministro al motor a través del relé de sobrecarga.
• Circuito de control; este circuito controla los contactos del circuito de potencia para hacer o interrumpir el suministro de energía al motor. La bobina electromagnética se activa o desactiva para tirar o empujar los contactos eléctricos. Proporcionando así un control remoto para el arrancador magnético.

Principiante directo en línea (DOL)

DOL, también conocido como Arrancador directo en línea, es la forma más simple de arrancador de motor que conecta el motor directamente a la fuente de alimentación. Consiste en un contactor magnético que conecta el motor con una línea de suministro y un relé de sobrecarga para protección contra sobrecorriente. No hay reducción de voltaje para el arranque seguro de un motor. Por lo tanto, el motor utilizado con tales arrancadores tiene una potencia nominal inferior a 5 hp. Tiene dos botones simples que arrancan y detienen el motor.

Al presionar el botón de inicio, se energiza la bobina que une los contactores para cerrar el circuito. Y al presionar el botón de parada se desactiva la bobina del contactor y se separan los contactos, rompiendo así el circuito. El interruptor utilizado para encender/apagar la fuente de alimentación puede ser de cualquier tipo, como rotativo, nivel, flotador, etc.

Aunque este arrancador no proporciona un voltaje de arranque seguro, el relé de sobrecarga brinda protección contra el sobrecalentamiento y la sobrecorriente. El relé de sobrecarga tiene contactos normalmente cerrados que energizan la bobina del contactor. Cuando el relé se dispara, la bobina del contactor se desactiva y abre el circuito.

Ventajas del arrancador de motor DOL

• tiene un diseño muy simple y rentable.
• Es muy fácil de entender y operar.
• proporciona un alto par de arranque debido a la alta corriente de arranque.

Desventajas del arrancador de motor DOL

• La alta corriente de irrupción puede dañar los devanados
• La alta corriente de irrupción provoca una caída de voltaje en la línea eléctrica.
• No es apto para motores pesados
• Puede disminuir la vida útil de un motor

Arrancador de resistencia del estator

El arrancador de resistencia del estator utiliza la técnica RVS (arrancador de voltaje reducido) para arrancar un motor. La resistencia externa se agrega en serie con cada fase del estator de un motor de inducción trifásico. El trabajo de la resistencia es reducir el voltaje de línea (reduciendo posteriormente la corriente inicial) aplicado al estator.

Inicialmente, la resistencia variable se mantiene en la posición máxima para ofrecer la máxima resistencia. Por lo tanto, el voltaje en el motor es mínimo (en un nivel seguro) debido a la caída de voltaje en la resistencia. El bajo voltaje del estator limita la corriente de irrupción de arranque que puede dañar los devanados del motor. A medida que el motor aumenta la velocidad, la resistencia se reduce y la fase del estator se conecta directamente a las líneas eléctricas.

Como la corriente es directamente proporcional al voltaje y el par varía al cuadrado de la corriente, una disminución de 2 veces en el voltaje reduce el par 4 veces. Por lo tanto, el par de arranque con un arrancador de este tipo es muy bajo y debe mantenerse.

Ventajas del arrancador de motor de resistencia del estator

• Proporciona flexibilidad en las características iniciales.
• El suministro de voltaje variable permite una aceleración suave
• Se puede conectar tanto a un motor conectado en estrella como en triángulo.

Desventajas del arrancador de motor de resistencia del estator

• Las resistencias disipan la energía
• El par de arranque es muy bajo debido a la reducción de voltaje
• Las resistencias son bastante caras para motores grandes.

Resistencia del rotor o arrancador de motor de anillo colector

Este tipo de arrancador de motor funciona con una técnica de arranque de motor de voltaje pleno. Funciona solo en un motor de inducción de anillo rozante, por eso también se le conoce como arrancador de motor de anillo rozante.

Las resistencias externas están conectadas con el rotor en combinación de estrella a través del anillo colector. Estas resistencias limitan la corriente del rotor y aumentan el par. Esto, a su vez, reduce la corriente del estator de arranque. También ayuda a mejorar el factor de potencia

Las resistencias solo se usan durante el arranque del motor y se retiran una vez que el motor alcanza su velocidad nominal.

Ventajas del arrancador de motor de resistencia de rotor

• Proporciona una corriente de arranque baja usando voltaje completo.
• Debido al alto par de arranque, el motor puede arrancar bajo carga
• Este método mejora el factor de potencia.
• Proporciona una amplia gama de control de velocidad

Desventajas del arrancador de motor de resistencia de rotor

• Solo funciona en motores de inducción de anillos deslizantes
• El rotor es caro y más pesado.

Arrancador de Autotransformador

Este tipo de arrancador de motor utiliza un autotransformador como transformador reductor para reducir el voltaje aplicado al estator durante la etapa de arranque. Se puede conectar tanto a motores conectados en estrella como en triángulo.

El secundario del autotransformador se conecta con cada fase del motor. Las múltiples grabaciones del autotransformador proporcionan una fracción del voltaje nominal. Durante el arranque, el relé está en la posición de arranque, es decir, el punto de derivación que proporciona un voltaje reducido para el arranque. El relé cambia entre los puntos de derivación para aumentar el voltaje con la velocidad del motor. Por fin, lo conecta con el voltaje nominal completo.

En comparación con otras técnicas de reducción de voltaje, ofrece alto voltaje para una corriente de arranque específica. Ayuda a proporcionar un mejor par de arranque.

Ventajas de Autotransformer Starter

• Proporciona un mejor par de arranque.
• Se utiliza para arrancar motores grandes con una carga importante.
• También ofrece control de velocidad manual.
• También ofrece flexibilidad en las características iniciales.

Desventajas de Autotransformer Starter

• Debido al gran tamaño del autotransformador, dicho arrancador ocupa demasiado espacio.
• El circuito es complejo y relativamente caro que otros principiantes.

Arrancador estrella delta

Este es otro método de arranque común usado en industrias para motores grandes. Los devanados del motor de inducción trifásico se cambian entre conexión estrella y triángulo para arrancar el motor.

Para arrancar el motor de inducción, se conecta en estrella mediante un relé tripolar de doble tiro. La tensión de fase en la conexión en estrella se reduce en un factor de 1/√3 y reduce la corriente de arranque y el par de arranque en 1/3 del valor nominal normal.

Cuando el motor acelera, un relé temporizador cambia la conexión en estrella de los devanados del estator a la conexión en triángulo, lo que permite el voltaje completo en cada devanado. El motor funciona a la velocidad nominal.

Ventajas de Star Delta Starter

• Su diseño es simple y económico
• No requiere mantenimiento
• Proporciona una baja sobretensión.
• Se utiliza para arrancar grandes motores de inducción.
• Es mejor para tiempos de aceleración prolongados.

Desventajas de Star Delta Starter

• Funciona en motor conectado delta
• Hay más conexiones de cables.
• Ofrece un par de arranque bajo que no se puede mantener.
• Hay una flexibilidad muy limitada en las características iniciales.
• Hay una sacudida mecánica al cambiar de estrella a delta.

Arrancador suave

El arrancador suave también utiliza la técnica de reducción de voltaje. Utiliza interruptores semiconductores como TRIAC para controlar el voltaje y la corriente de arranque suministrada al motor de inducción.

Se utiliza un TRIAC controlado por fase para proporcionar voltaje variable. El voltaje se varía variando el ángulo de conducción o el ángulo de disparo del TRIAC. El ángulo de conducción se mantiene al mínimo para proporcionar un voltaje reducido. El voltaje se incrementa gradualmente al aumentar el ángulo de conducción. En el ángulo de conducción máximo, el voltaje de línea completo se aplica al motor de inducción y funciona a la velocidad nominal.

Proporciona un aumento gradual y suave en el voltaje de arranque, la corriente y el par. Por lo tanto, no hay tirones mecánicos y proporciona un funcionamiento suave que aumenta la vida útil de la máquina.

Ventajas del arrancador suave

• Proporciona un mejor control sobre la corriente y el voltaje de arranque
• Ofrece una aceleración suave, por lo tanto, sin sacudidas.
• Reduce los picos de tensión en el sistema.
• Prolonga la vida útil del sistema
• Proporciona una mejor eficiencia y no necesita mantenimiento
• Su tamaño es pequeño

Desventajas del arrancador suave

• Es relativamente caro
• Hay disipación de energía en forma de calor

Frecuencia variable  Dra ive (VFD)

Al igual que el arrancador suave, un variador de frecuencia (VFD) puede variar el voltaje y la frecuencia de la corriente de suministro. Se utiliza principalmente para controlar la velocidad del motor de inducción, ya que depende de la frecuencia de alimentación.

The AC from the supply line is converted into DC using rectifiers. The pure DC is converted into AC with adjustable frequency &voltage using pulse width modulation technique through power transistor like IGBTs.

It provides full control over the motor speed from 0 to rated speed. The speed adjust option with the variable voltage provides a better starting current &acceleration.

Advantages of Variable Frequency Drive

• It provides a better and smooth acceleration for large motor
• It offers full speed control with smooth acceleration &deceleration.
• It increases the life span due to the absence of electrical &mechanical stress
• It offers forward &reverse operation of a motor

Disadvantages of Variable Frequency Drive

• It is relatively expensive unless speed control is necessary
• There is heat dissipation
• VFDs create harmonics in the electric lines which can affect electronic equipment &power factor.