Selección de arrancadores para motores de C. A.
por Ing. Javier Rodríguez Bailey

En motores de inducción trifásicos a veces es necesario limitar la corriente de arranque para no afectar a otras cargas conectadas al mismo alimentador. La corriente de arranque se puede limitar mediante el uso de impedancias en serie en cada línea del motor o mediante el uso de transformadores que reduzcan el voltaje aplicado al motor. (usando autotransformadores es más económico)

El primer caso es el que se tratará en este trabajo, sin embargo el uso de autotransformadores frecuentemente da mejores resultados, por lo cual conviene explicar sus ventajas y luego pasaremos al cálculo de los valores de impedancia que se deben agregar en serie cuando se usa impedancia en serie.

Transformadores para disminuir la corriente de arranque.

En el momento del arranque (cuando la velocidad vale cero) un motor de inducción se comporta como una impedancia de valor bajo, razón por la cual la corriente de arranque es grande. Una vez que el motor empieza a girar el valor de esta impedancia se incrementa, por lo que la corriente de arranque disminuye. La condición más crítica es cuando la velocidad vale cero. Si se usa un transformador (o autotransformador) se puede disminuir la corriente de arranque que pasa por el motor en la misma proporción en la que se reduce el voltaje aplicado al motor. Sin embargo en el alimentador al cual se conecta el transformador la corriente será menor por la acción reductora de corriente del transformador. Como ejemplo tomemos el caso de un transformador con una relación de vueltas de 2 (N1/N2 = 2): la corriente de arranque por el motor se reduce a la mitad porque se le está aplicando la mitad del voltaje, pero en la entrada del transformador la corriente será la mitad de la que existe en la salida o sea que se reduce otra vez a la mitad dando un resultado global de 1/4 de la corriente que el motor tomaría si no se usara el transformador. Precisamente la corriente que nos interesa disminuir es la del alimentador para que no provoque una caída de voltaje tan grande en el alimentador.

 Al usar impedancias en serie de suficiente valor para bajar el voltaje en el motor a la mitad, la corriente del alimentador se reduce solo a la mitad. Otra forma de verlo es que al usar autotransformador con relación de vueltas de 2, la impedancia del motor se refleja hacia el alimentador con un valor cuatro veces el valor de la impedancia del motor.

Cálculo de arrancadores con impedancia en serie.

Para poder realizar este cálculo se debe determinar el valor de la impedancia que presenta el motor en el momento del arranque. Esto se puede determinar si se conoce la corriente que el motor toma en el arranque cuando se le aplica voltaje nominal, así como el factor de potencia bajo estas condiciones (típicamente entre 0.3 y 0.5).

El primer valor se puede determinar si se conoce la letra de código del motor. Esta letra generalmente aparece entre los datos de placa del motor. Con esta letra y la tabla que se muestra a continuación se conocen los KVA bajo condiciones de rotor bloqueado o sea bajo condiciones de cero velocidad cuando se le aplica voltaje nominal.

Iarranque a Vn = (KVArotor bloqueado / KVAnominales)  I nominal
                                
KVArotor bloqueado = Valor de rango de Tabla * HPmotor

LETRAS DE CODIGO INDICADORAS DE ROTOR BLOQUEADO
 
LETRA  RANGO DE KVA POR HP  DE CODIGO BAJO ROTOR BLOQUEADO
A 0.00 a 3.14
B 3.15 a 3.54
C 3.55 a 3.99
D 4.00 a 4.49
E 4.50 a 4.99
F 5.00 a 5.59
G 5.60 a 6.29
H 6.30 a 7.09
J 7.10 a 7.99
K 8.00 a 8.99
L 9.00 a 9.99
M 10.0 a 11.19
N 11.2 a 12.49
P 12.5 a 13.99
R 14.0 a 15.99
S 16.0 a 17.99
T 18.0 a 19.99
U 20.0 a 22.39
V 22.4 Y MAYORES
 
 Con esta información se puede determinar la impedancia del motor como:

ZM = VLLnominal / (1.732 I arranque)

El ángulo de esta impedancia

q = Cos -1(factor de potencia de rotor bloqueado)

Con estos valores se puede determinar la parte real de esta impedancia y la parte imaginaria:

ZM = RM + j XM           RM = ZM Cos Q          XM = ZM Sin Q

Además de estos valores se debe conocer a que valor de corriente se desea reducir la corriente deseada y que tipo de impedancia se desea agregar en serie. Normalmente o se agrega reactancia o resistencia.

Ideseada = 0.577 VLLnominal / Ztotal

Ztotal = 0.577 VLLnominal / Ideseada

Ztotal = Zexterna + ZM

Ztotal = [ ( Rexterna + RM)2 + ( Xexterna + XM )2 ] 0.5

Si se desea agregar resistencia en serie (Xexterna = 0 ):

Rexterna = [ Ztotal2 - XM2 ] 0.5 - RM

Si se desea agregar resistencia en serie (Rexterna = 0 ):

Xexterna = [ Ztotal2 - RM2 ] 0.5 - XM

Se debe tener especial cuidado de no reducir demasiado la corriente de arranque, ya que en la misma proporción que se reduce la corriente de arranque se está reduciendo el voltaje aplicado al motor y el par de arranque del motor depende de este voltaje al cuadrado. Puede ocurrir que si se reduce demasiado el voltaje al motor el par de arranque no permita que el motor empieze a girar o que el proceso de arranque sea muy lento, lo cual puede provocar que el motor se sobrecaliente y sufra daños (si la corriente se redujo a un valor mayor que la corriente nominal).