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Nota Abril, 2014

Selección de sistemas de arranque para motores asincrónicos trifásicos

En general se nos suelen presentar dudas al momento de elegir cual es el mejor sistema para arrancar un motor asincrónico trifásico ya que no solo depende de la carga nominal del motor sino también de otras variables como por ejemplo Tipo de Coordinación (definidas por la norma EN 60947-4-1), cantidad de arranques por hora, e inclusive las características del régimen de funcionamiento, de arranque y parada de ese motor.

Diferentes formas de arrancar un motor:

Las distintas aplicaciones precisan distintos requisitos en cuanto a los accionamientos eléctricos:

  • En el más simple de los casos el motor se conecta con un contactor electromecánico. La combinación de protección de motores y protección de línea se denomina arranque directo de motor. Ofrecen un alto par de arranque, con altos picos de corrientes de arranque y un fuerte stress mecánico.
  • En el arranque estrella-triángulo, se producen picos de corriente e impactos mecánicos inferiores al arranque directo.
  • Los arrancadores suaves ofrecen un arranque que minimiza aún mas los picos de corriente y los impactos mecánicos, como el golpe de ariete.
  • Las exigencias para una velocidad con regulación controlada o un ajuste del par condicionado por la aplicación se resuelven con convertidores de frecuencia.

En general rige lo siguiente: “La aplicación define el accionamiento”.

En este artículo vamos a ocuparnos de los arranques directos y los arranques estrella triángulo con las alternativas que ofrece Eaton para su implementación.

Arrancadores de motor directo e inversores de marcha con la técnica de combinación

Las combinaciones de arrancador de motor MSC están disponibles hasta 32 A. Los arrancadores de motor hasta 12 A están formados por un interruptor protector de motor PKZM0 y un contactor DILM. Ambos se unen mediante un módulo de conexión mecánico enchufable sin herramientas. Además, mediante una conexión eléctrica enchufable se crea el cableado del circuito principal. El interruptor protector de motor PKZM0 y los contactores DILM hasta 15 A poseen en este caso las correspondientes interfaces.

Las combinaciones de arrancador de motor MSC a partir de 16 A constan de un interruptor protector de motor PKZM0 y un contactor DILM 17 a DILM 32. Los dos están montados sobre una placa de carril DIN y están unidos con un módulo de conexión mecánico y eléctrico. Los MSC pueden ser arrancadores directos MSC-D y arrancadores inversores MSC-R. La ventaja de este sistema, consiste en que a base de elementos standard se logra una arranque directo o inversor de marcha muy compacto y sin necesidad de conexiones eléctricas manuales.

Arrancadores de motor directo, inversores de marcha y combinaciones estrella triángulo a base de conjuntos contactor guardamotor.

Estos conjuntos se resuelven usualmente, con conjuntos guardamotor - contactor o conjuntos fusibles - contactor - relé de protección térmica.

Los guardamotores o interruptores protectores de motor PKZM0 y PKZM4 ofrecen mediante los relés bimetálicos retardados en función de la corriente, una solución técnica probada para la protección de motores. Los disparadores son sensibles a defecto de fase y compensados en temperatura. Las intensidades asignadas en el PKZM0 hasta 32 A están distribuidas en 15 márgenes y en el PKZM4 hasta 63 A en 7 . Mediante los disparadores de cortocircuito, regulados fijos a 14 x Iu, permiten proteger con seguridad el cable de alimentación y el motor. El arranque del motor también se garantiza en todas las situaciones de servicio. La protección contra falta de fase de los PKZM0 y PKZM4 hace posible la utilización de motores EExe. Bajo demanda puede presentarse una certificación ATEX. Para la protección de motores se regulan los interruptores protectores de motor a la intensidad asignada de motor. Los siguientes accesorios completan el interruptor protector de motor en las distintas subfunciones:

  • disparador de mínima tensión U,
  • disparador shunt A,
  • contacto auxiliar normal NHI,
  • señalizador de disparo AGM.

Los Contactores de potencia DILM se fabrican y verifican según IEC/EN 60 947, VDE 0660. Se dispone de un contactor adecuado para cada potencia asignada de motor entre 3 kW y 560 kW. Debido a los nuevos accionamientos electrónicos, los contactores DC de 17 a 65 A poseen una potencia de retención de tan sólo 0,5 W. Incluso para 150 A sólo se necesitan 1,5 W. las conexiones de bobina se han dispuesto en la parte frontal de los contactores, evitando que estos bornes se cubran con el cableado del circuito principal o de potencia. Por su reducido consumo, los contactores DILA y DILM hasta 32 A pueden accionarse directamente desde las salidas a transistor de un PLC. En todos los contactores DC (de corriente continua) DILM se ha incorporado un módulo de protección en el sistema electrónico. Para los contactores DILM7 a DILM150, se dispone de bornes de brida dobles. éstos proporcionan seguridad sin ningún tipo de compromiso para distintas secciones de cable.

Los relés térmicos o de sobrecarga, pertenecen al grupo de los dispositivos de protección en función de la corriente. Supervisan la temperatura del devanado de motor indirectamente a través de la corriente que fluye por los cables de alimentación, ofreciendo una protección eficaz y a bajo coste contra daños causados por: rotor bloqueado, sobrecarga y defecto de fase. Este tipo de relé permite rearme manual o automático. Siempre que se disponga circuitos de comando con mando permanente, por ejemplo pulsadores con retención, presostatos, interruptores de posición etc. debe utilizarse la protección térmica con rearme manual, para impedir la reconexión automática. El rearme automático sólo se han de utilizar con mando por impulso (p. ej. pulsadores), ya que, de este modo, tras el enfriamiento de los bimetales ya no es posible una reconexión automática. Los relés térmicos precisan de un elemento de protección fusible o un interruptor automático, tanto para proteger contra los efectos de cortocircuitos como para la protección del motor y del relé. Su tamaño máximo se indica en cada relé y debe tenerse en cuenta obligatoriamente. Los relés y disparadores bimetálicos disponen de devanados térmicos que actúan por calentamiento. Las corrientes de conexión y de desconexión del motor circulan a través de relés. Dependiendo de la categoría de empleo y del tamaño del motor, estas intensidades oscilan entre 6 y 14 x Ie (intensidad asignada de empleo).

Eaton ofrece una completa línea de relés temporizadores electrónicos, los que se utilizan en las maniobras de contactores en las que se exigen tiempos de retorno reducidos, buena precisión de repetición, elevada frecuencia de maniobra y alta longevidad del aparato. En el caso de los arranques estrella triángulo, una solución para el comando de los contactores es utilizar un temporizador ETR4-51, con una función en la que cuando la tensión de accionamiento Us se aplica a A1 y A2, el contacto instantáneo pasa a la posición 17-18. Una vez transcurrido el tiempo regulado, el contacto instantáneo se abre; el contacto temporizado 17-28 se cierra tras un tiempo de transición tu de 50 ms., como se puede observar en la figura.

Resistencia a los cortocircuitos de los circuitos principales

En las denominadas coordinaciones de tipo (1 y 2), según IEC/EN 60947-1, se define el comportamiento admisible de arrancadores en condiciones de cortocircuito. En los aparatos de protección se indica qué tipo de coordinación de tipo pueden garantizar.

Coordinación tipo 1

En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del sistema de arranque. Son aceptados daños en el contactor y el relé de sobrecarga; el arrancador puede quedar no operativo. El relé deberá ser reseteado para poner en marcha nuevamente el sistema. La combinación de arrancador de motor desconecta con seguridad la intensidad indicada de cortocircuito Iq. Ni personas ni instalaciones corren ningún peligro, tras una desconexión por cortocircuito será necesario verificar el sistema de arranque antes de una nueva puesta en marcha, si fuera necesario deberá cambiarse el contactor de potencia DILM y el relé de sobrecarga térmica Z

Características de los arranques:

El arranque directo, presenta las características que se muestran a continuación. La tensión de alimentación es la de red (por ej. 380 VCA), desde el momento de la conexión. La corriente corresponde a la característica del motor. En el caso del arranque Estrella Triángulo, se aplica durante el tiempo de conexión de estrella una tensión fase-neutro inferior a la nominal (por ej. 220 VCA), que reduce consecuentemente la corriente y el par de arranque, respecto del arranque directo. Luego de este instante inicial de conexión en estrella, se conmuta a triángulo y la tensión aplicada es la nominal, de línea o fase-fase (por ej. 380 VCA).

Coordinación tipo 2

En condición de cortocircuito el material no deberá ocasionar daños a las personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del sistema de arranque. El relé de sobrecarga no deberá sufrir ningún daño. Los contactos del contactor podrán sufrir alguna pequeña soldadura fácilmente separable, en cuyo caso no se reemplazan componentes, salvo fusibles si los hubiera. La combinación de arrancador de motor desconecta con seguridad la intensidad indicada de cortocircuito Iq . Ni personas ni instalaciones corren ningún peligro, tras su verificación, el sistema de arranque puede ponerse nuevamente en marcha, sin necesidad de cambiar ningún elemento.

Solución Eaton

Para poder elegir los componentes de un sistema de arranque para motores asincrónicos Eaton propone ingresar al siguiente link:

http://www.moeller.net/en/support/slider/motorstarter_en.jsp

Donde veríamos la siguiente pantalla:

Tenemos la posibilidad de elegir arranque directo (Direct-on-line starter) u estrella triángulo (Star-delta starter). Seleccionando, a modo de ejemplo la opción de un arranque estrella triángulo y una coordinación tipo 1, obtenemos como resultado

Si seleccionamos la opción de 7,5 kW asumiendo que queremos arrancar un motor de 10 Hp, podemos observar la siguiente pantalla:

Con lo cual obtenemos las dos variantes posibles y el listado de componentes con sus códigos Eaton para cada caso.

CONCLUSIÓN

Aún considerando que es indispensable contar con un acceso a internet, esta herramienta es altamente provechosa ya que nos permite con un simple click obtener los componentes para las distintas opciones de arranque de un motor asincrónico trifásico optimizando tiempos y con la seguridad de contar con una solución Eaton confiable y rápida.