Métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La máquina de inducción polifásica es uno de los motores eléctricos más utilizados en la industria debido a su simplicidad, robustez y bajo costo. Sin embargo, para poner en marcha esta máquina se requiere de un método de arranque adecuado que permita la aceleración del rotor y la sincronización con el campo magnético giratorio. Existen diferentes métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica, los cuales se seleccionan en función de las necesidades de la aplicación y las características del motor. En este artículo se presentarán los principales métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica, sus ventajas y desventajas y su aplicación en diferentes situaciones.

Indice de contenidos

Características generales de la máquina de inducción polifásica

La máquina de inducción polifásica es un tipo de motor eléctrico que se utiliza ampliamente en la industria. Tiene algunas características generales que lo hacen único en comparación con otros motores eléctricos.

1. Funcionamiento por inducción electromagnética

El motor de inducción polifásico funciona gracias a la inducción electromagnética. Esto significa que no tiene contacto eléctrico con las partes móviles. En cambio, utiliza un campo magnético rotativo para inducir corrientes eléctricas en el rotor, lo que hace que gire.

2. Diseño robusto y sencillo

La máquina de inducción polifásica tiene un diseño robusto y sencillo, lo que la hace confiable y fácil de mantener. Tiene un estator fijo y un rotor móvil, lo que reduce la cantidad de piezas móviles y, por lo tanto, la posibilidad de fallas mecánicas.

3. Alta eficiencia

La eficiencia del motor de inducción polifásico es alta en comparación con otros motores eléctricos. Esto se debe a la falta de contacto eléctrico entre las partes móviles, lo que reduce la fricción y las pérdidas por calor.

4. Bajo costo

El costo de producción de la máquina de inducción polifásica es relativamente bajo en comparación con otros motores eléctricos debido a su diseño simple y al uso de materiales económicos.

5. Amplia gama de tamaños y potencias

La máquina de inducción polifásica está disponible en una amplia gama de tamaños y potencias, desde pequeños motores de frigoríficos hasta grandes motores industriales.

6. Funcionamiento silencioso

La ausencia de contacto eléctrico entre las partes móviles hace que el motor de inducción polifásico tenga un funcionamiento silencioso en comparación con otros motores eléctricos.

Su diseño robusto y sencillo, así como su amplia gama de tamaños y potencias, hacen que sea una opción popular para una variedad de aplicaciones.

Principales causa de fallos en el arranque

Algunas de las principales causas de fallos en el arranque de una máquina de inducción polifásica pueden ser:

Fallo en la alimentación eléctrica

  • La falta de energía eléctrica o la baja tensión de alimentación pueden impedir el arranque de la máquina.
  • En caso de que el suministro eléctrico sea inestable, la máquina puede funcionar de manera errática o incluso no arrancar.

Fallo en los componentes eléctricos

  • Los componentes eléctricos, como los contactores o los interruptores, pueden fallar y provocar problemas en el arranque.
  • Los condensadores pueden presentar fallos o estar mal conectados, lo que puede impedir el arranque de la máquina.

Fallo en el sistema mecánico

  • El sistema mecánico de la máquina, como el rotor o el estator, pueden presentar problemas que impidan el arranque.
  • Los rodamientos pueden estar desgastados o mal lubricados, lo que dificulta el movimiento del rotor.

Fallo en el sistema de control

  • El sistema de control de la máquina puede presentar fallos, como problemas en la programación o en los sensores, lo que impide el arranque.
  • Los ajustes en el sistema de control pueden ser inadecuados o estar mal configurados, lo que puede afectar el arranque de la máquina.

Es importante considerar estas causas de fallos en el arranque al momento de seleccionar y aplicar los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica. Algunos de los métodos más comunes son:

Arranque directo

Este método consiste en aplicar la alimentación eléctrica directamente a la máquina, sin ningún tipo de control o regulación. Es el método más sencillo y económico, pero puede generar altos picos de corriente y afectar la vida útil de la máquina.

Arranque estrella-triángulo

Este método consiste en reducir la tensión de alimentación durante el arranque, para disminuir los picos de corriente. Se realiza mediante un sistema de conmutación que conecta los devanados de la máquina en configuración estrella durante el arranque, y después cambia a configuración triángulo una vez que la máquina ha alcanzado la velocidad nominal.

Arranque suave

Este método consiste en aplicar una tensión reducida durante el arranque, y aumentarla progresivamente hasta alcanzar la velocidad nominal. Se realiza mediante un controlador de arranque suave, que regula la tensión y la corriente de alimentación en función del tiempo.

Es importante elegir el método de arranque adecuado para cada aplicación, considerando las características de la máquina y las necesidades del proceso. Además, es fundamental realizar un mantenimiento preventivo y detectar los posibles fallos en el arranque para evitar costosos daños en la máquina.

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Estudio de los diferentes métodos de arranque

El arranque de una máquina de inducción polifásica es un proceso crucial en el que se debe tener en cuenta el tipo de carga a la que estará sometida. En este artículo, se estudiarán los diferentes métodos de arranque y sus características.

Arranque directo

Este es el método más sencillo y económico. Consiste en conectar directamente la máquina a la red eléctrica mediante interruptores. Este método solo se recomienda para máquinas pequeñas que no requieran gran cantidad de corriente de arranque.

Por ejemplo, una máquina de ventilador o bomba pequeña.

Arranque estrella-triángulo

Este método consiste en conectar las bobinas del estator en configuración estrella durante el arranque y luego cambiar a la configuración triángulo una vez que la máquina ha alcanzado velocidad nominal. Es una buena opción para máquinas de tamaño mediano que requieren un mayor torque de arranque.

Por ejemplo, una máquina de compresor o bomba de tamaño medio.

Arranque mediante autotransformador

Este método implica la conexión de un autotransformador entre la red eléctrica y la máquina durante el arranque. El autotransformador reduce el voltaje aplicado a la máquina, lo que disminuye la corriente de arranque y el par motor. Una vez que la máquina ha alcanzado la velocidad nominal, se desconecta el autotransformador y se aplica el voltaje completo a la máquina.

Este método es adecuado para máquinas grandes que requieren un alto torque de arranque, como una grúa o una bomba de gran tamaño.

Arranque mediante variadores de frecuencia

Este método implica el uso de un dispositivo electrónico que controla la frecuencia y el voltaje aplicados a la máquina de inducción polifásica. El variador de frecuencia permite un arranque suave y controlado, lo que reduce la corriente de arranque y el desgaste de la máquina.

Este método es adecuado para máquinas con cargas variables o para aquellas en las que se requiere un control preciso de la velocidad, como en una cinta transportadora o una máquina de papel.

Es importante seleccionar el método de arranque adecuado para garantizar la seguridad y el rendimiento óptimo de la máquina.

Análisis de sus ventajas e inconvenientes

Métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica:

Existen diferentes métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes. A continuación, se analizarán algunos de ellos:

Arranque directo:

Este método consiste en conectar la máquina directamente a la red eléctrica. Sus principales ventajas son la simplicidad y la rapidez de arranque. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes, como el gran consumo de corriente de arranque, lo que puede provocar caídas de tensión en la red eléctrica y afectar a otros equipos conectados.

Arranque estrella-triángulo:

En este método se reduce la tensión de arranque conectando los devanados del estator en triángulo en lugar de en estrella. Una vez que la máquina ha alcanzado cierta velocidad, se cambia a la conexión en estrella. Esto reduce el consumo de corriente de arranque, pero requiere un mayor número de contactores y una mayor complejidad en el control del arranque.

Arranque por autotransformador:

Este método consiste en conectar la máquina a través de un autotransformador que reduce la tensión de arranque. Una vez que la máquina ha alcanzado cierta velocidad, se desconecta el autotransformador y se conecta directamente a la red eléctrica. Es un método que reduce el consumo de corriente de arranque y evita caídas de tensión en la red eléctrica, pero presenta un mayor coste debido al uso del autotransformador.

Arranque por variador de frecuencia:

Este método permite controlar la frecuencia de la tensión aplicada a la máquina, lo que permite controlar la velocidad de arranque. Además, reduce el consumo de corriente de arranque y permite una mayor precisión en el control de la velocidad. Sin embargo, es un método más complejo y caro que los anteriores.

Criterios de selección del método óptimo

En la elección del método óptimo para arrancar una máquina de inducción polifásica se deben tener en cuenta varios factores:

Carga de la máquina

Es importante conocer el tipo de carga que tendrá la máquina en el momento del arranque, ya que esto afectará la elección del método. Por ejemplo, si la carga es de tipo inercial, se requerirá un método de arranque con mayor torque.

Velocidad de arranque

La velocidad de arranque deseada también influirá en la elección del método óptimo. Si se requiere una velocidad de arranque rápida, se necesitará un método que proporcione un alto torque en poco tiempo.

Disponibilidad de energía

Es importante conocer la disponibilidad de energía eléctrica en el lugar donde se encuentra la máquina, ya que algunos métodos de arranque requieren un mayor consumo de energía que otros.

Costo del sistema

El costo del sistema de arranque también debe ser considerado. Algunos métodos de arranque pueden requerir componentes adicionales que aumentan el costo del sistema.

Mantenimiento

Es importante considerar el mantenimiento que requerirá el método de arranque elegido. Algunos métodos pueden requerir un mayor mantenimiento que otros.

Ejemplos de métodos de arranque

  • Arranque directo: Este es el método más sencillo y económico. Consiste en aplicar la tensión nominal de la red a los terminales del motor. Este método es adecuado para cargas de baja inercia y pequeñas potencias.
  • Arranque estrella-triángulo: Este método consiste en reducir la tensión aplicada a la máquina durante el arranque, lo que reduce el torque y la corriente de arranque. Luego, se cambia a una conexión en triángulo para lograr la velocidad nominal. Este método es adecuado para cargas de baja inercia y medianas potencias.
  • Arranque con autotransformador: Este método consiste en utilizar un autotransformador para reducir la tensión aplicada al motor durante el arranque. Este método es adecuado para cargas de baja inercia y potencias medias.
  • Arranque con variador de frecuencia: Este método consiste en utilizar un variador de frecuencia para controlar la velocidad del motor desde el arranque hasta la velocidad nominal. Este método es adecuado para cargas de alta inercia y potencias medias y altas.

Es importante seleccionar el método adecuado para garantizar un arranque seguro y eficiente de la máquina.

Uso de dispositivos auxiliares en el arranque

En la puesta en marcha de una máquina de inducción polifásica, es común utilizar dispositivos auxiliares para facilitar el arranque y reducir el impacto en el sistema eléctrico. Estos dispositivos pueden ser:

1. Arrancadores suaves

Los arrancadores suaves permiten un arranque progresivo de la máquina, evitando un pico de corriente en el sistema eléctrico. Esto es especialmente importante en grandes motores, donde el arranque brusco puede causar daños en el equipo y en el sistema eléctrico. Los arrancadores suaves son dispositivos electrónicos que controlan la corriente y el voltaje durante el arranque, lo que permite una aceleración suave de la máquina.

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2. Variadores de frecuencia

Los variadores de frecuencia permiten el control de la velocidad de la máquina de inducción polifásica. Estos dispositivos ajustan la frecuencia de la alimentación eléctrica a la máquina, lo que permite un control preciso de la velocidad. Además, los variadores de frecuencia también pueden ser utilizados para el arranque suave de la máquina, evitando un pico de corriente en el sistema eléctrico.

3. Auto-transformadores

Los auto-transformadores permiten la reducción del voltaje de la alimentación eléctrica a la máquina, lo que reduce el impacto en el sistema eléctrico durante el arranque. Estos dispositivos son especialmente útiles en zonas donde la red eléctrica es débil o inestable. Los auto-transformadores también pueden ser utilizados para reducir la corriente de arranque de la máquina, evitando daños en el equipo y en el sistema eléctrico.

4. Conectores estrella-triángulo

Los conectores estrella-triángulo permiten reducir la corriente de arranque de la máquina de inducción polifásica. Estos dispositivos conectan los devanados de la máquina en estrella durante el arranque, lo que reduce la corriente de arranque. Una vez que la máquina está en funcionamiento, el conector cambia la configuración a triángulo, lo que permite el funcionamiento normal de la máquina.

5. Arrancadores electromecánicos

Los arrancadores electromecánicos son dispositivos que permiten el arranque de la máquina de inducción polifásica a través de un sistema de contactores y relés. Estos dispositivos son más simples que los arrancadores suaves o los variadores de frecuencia, pero pueden causar un pico de corriente en el sistema eléctrico durante el arranque.

Los arrancadores suaves, los variadores de frecuencia, los auto-transformadores, los conectores estrella-triángulo y los arrancadores electromecánicos son algunos de los dispositivos más comunes utilizados en el arranque de estas máquinas.

Consideraciones sobre el control de potencia en el arranque

Al hablar de los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica, es importante considerar el control de potencia en el arranque. A continuación, se presentan algunas consideraciones relevantes:

Potencia requerida para el arranque

El arranque de una máquina de inducción polifásica requiere una cierta cantidad de potencia para vencer la inercia del rotor y ponerlo en movimiento. Esta potencia depende de varios factores, como la carga que tenga acoplada la máquina y la velocidad a la que se quiera que arranque. En general, se puede decir que el arranque requiere una potencia mayor que la que se necesita para mantener la velocidad constante una vez que la máquina está en funcionamiento.

Limitaciones de la red eléctrica

Al arrancar una máquina de inducción polifásica, es importante considerar las limitaciones de la red eléctrica a la que está conectada. En particular, es posible que no se pueda suministrar toda la potencia requerida para el arranque de manera instantánea, ya que esto podría provocar sobrecargas en la red. Por esta razón, es común utilizar métodos de arranque suaves que permiten controlar la potencia suministrada durante el arranque.

Métodos de control de potencia en el arranque

Existen varios métodos para controlar la potencia suministrada durante el arranque de una máquina de inducción polifásica. Algunos de los más comunes son:

  • Arranque directo: En este método, se conecta la máquina directamente a la red eléctrica sin ningún tipo de control de potencia. Este método es adecuado para máquinas de baja potencia, pero no se recomienda para máquinas de alta potencia debido a las sobrecargas que puede provocar en la red.
  • Arranque estrella-triángulo: En este método, se conecta la máquina primero en configuración de estrella y luego se cambia a configuración de triángulo una vez que ha alcanzado una velocidad determinada. Este método permite reducir la corriente de arranque y, por lo tanto, la potencia suministrada a la máquina durante el arranque.
  • Arranque suave: En este método, se utiliza un dispositivo de control de potencia para suministrar una cantidad de potencia progresivamente mayor a la máquina durante el arranque. Esto permite controlar la corriente de arranque y evitar sobrecargas en la red eléctrica.

Conclusión

El control de potencia en el arranque de una máquina de inducción polifásica es fundamental para evitar sobrecargas en la red eléctrica y garantizar un arranque suave y seguro. Existen varios métodos para controlar la potencia durante el arranque, cada uno con sus ventajas y limitaciones. Es importante evaluar cuidadosamente las necesidades de cada aplicación antes de elegir el método de arranque más adecuado.

Consideraciones sobre el control de potencia en el arranque

Al hablar de los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica, es importante considerar el control de potencia en el arranque. A continuación, se presentan algunas consideraciones relevantes:

Potencia requerida para el arranque

El arranque de una máquina de inducción polifásica requiere una cierta cantidad de potencia para vencer la inercia del rotor y ponerlo en movimiento. Esta potencia depende de varios factores, como la carga que tenga acoplada la máquina y la velocidad a la que se quiera que arranque. En general, se puede decir que el arranque requiere una potencia mayor que la que se necesita para mantener la velocidad constante una vez que la máquina está en funcionamiento.

Limitaciones de la red eléctrica

Al arrancar una máquina de inducción polifásica, es importante considerar las limitaciones de la red eléctrica a la que está conectada. En particular, es posible que no se pueda suministrar toda la potencia requerida para el arranque de manera instantánea, ya que esto podría provocar sobrecargas en la red. Por esta razón, es común utilizar métodos de arranque suaves que permiten controlar la potencia suministrada durante el arranque.

Métodos de control de potencia en el arranque

Existen varios métodos para controlar la potencia suministrada durante el arranque de una máquina de inducción polifásica. Algunos de los más comunes son:

  • Arranque directo: En este método, se conecta la máquina directamente a la red eléctrica sin ningún tipo de control de potencia. Este método es adecuado para máquinas de baja potencia, pero no se recomienda para máquinas de alta potencia debido a las sobrecargas que puede provocar en la red.
  • Arranque estrella-triángulo: En este método, se conecta la máquina primero en configuración de estrella y luego se cambia a configuración de triángulo una vez que ha alcanzado una velocidad determinada. Este método permite reducir la corriente de arranque y, por lo tanto, la potencia suministrada a la máquina durante el arranque.
  • Arranque suave: En este método, se utiliza un dispositivo de control de potencia para suministrar una cantidad de potencia progresivamente mayor a la máquina durante el arranque. Esto permite controlar la corriente de arranque y evitar sobrecargas en la red eléctrica.

Conclusión

El control de potencia en el arranque de una máquina de inducción polifásica es fundamental para evitar sobrecargas en la red eléctrica y garantizar un arranque suave y seguro. Existen varios métodos para controlar la potencia durante el arranque, cada uno con sus ventajas y limitaciones. Es importante evaluar cuidadosamente las necesidades de cada aplicación antes de elegir el método de arranque más adecuado.

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Protección de los equipos y los sistemas eléctricos en el arranque

Al momento de arrancar una máquina de inducción polifásica, es importante tomar en cuenta la protección de los equipos y sistemas eléctricos involucrados en el proceso. A continuación, se detallan algunos métodos para lograrlo:

1. Arranque directo

Este método es el más sencillo y económico, pero también el que genera mayores corrientes transitorias durante el arranque. Por ello, se recomienda el uso de dispositivos de protección como:

  • Fusibles: se colocan en serie con el circuito de alimentación y se funden cuando la corriente eléctrica supera un valor determinado.
  • Interruptores automáticos: son dispositivos que interrumpen el flujo de corriente cuando ésta supera un valor predeterminado.
  • Relés térmicos: se activan cuando la corriente eléctrica excede un valor determinado durante un tiempo prolongado, protegiendo así al motor de posibles daños.

2. Arranque estrella-triángulo

Este método consiste en reducir el voltaje aplicado al motor durante el arranque, disminuyendo así la corriente que circula por él. Para ello, se utiliza un contactor especial que conecta el motor en configuración estrella durante el arranque y luego en configuración triángulo para su funcionamiento normal. Es necesario proteger los contactores con fusibles o interruptores automáticos.

3. Arranque con autotransformador

Este método también reduce la corriente durante el arranque, pero a diferencia del anterior, utiliza un autotransformador para reducir el voltaje. Es importante proteger el autotransformador con fusibles o interruptores automáticos.

4. Arranque suave

Este método permite un arranque progresivo y suave del motor, evitando los picos de corriente del arranque directo. Para ello, se utilizan dispositivos electrónicos como:

  • Arrancadores suaves: dispositivos que limitan la corriente durante el arranque y permiten un aumento progresivo del voltaje.
  • Arrancadores estáticos: dispositivos que controlan la corriente y el voltaje durante el arranque y el funcionamiento normal del motor.

Es importante elegir el método de arranque más adecuado para cada caso y utilizar los dispositivos de protección necesarios para evitar daños al motor y otros componentes eléctricos.

Consideraciones sobre la seguridad del personal durante el arranque

Al iniciar cualquier proceso de arranque de una máquina de inducción polifásica, es esencial tener en cuenta la seguridad del personal que está involucrado en el proceso. Aquí hay algunas consideraciones importantes a tener en cuenta:

1. Asegurarse de que el personal esté capacitado y autorizado para realizar el arranque

Es importante que el personal encargado del arranque tenga el conocimiento y la capacitación adecuados para realizar el proceso de forma segura. Además, deben estar autorizados por la empresa para realizar el arranque.

2. Inspeccionar la máquina antes del arranque

Antes de comenzar el proceso de arranque, es importante inspeccionar la máquina para asegurarse de que no haya ningún problema o defecto que pueda poner en riesgo la seguridad del personal. Esto incluye la verificación de las conexiones eléctricas, el estado de los cables y la comprobación de que todas las partes móviles estén en buen estado.

3. Utilizar equipo de protección personal adecuado

El personal encargado del arranque debe usar equipo de protección personal adecuado, como cascos, guantes y gafas de seguridad. Esto ayudará a protegerlos en caso de cualquier accidente o imprevisto durante el proceso de arranque.

4. Asegurarse de que la máquina esté desconectada de la fuente de energía antes de realizar cualquier mantenimiento o reparación

Antes de realizar cualquier mantenimiento o reparación en la máquina, es importante asegurarse de que esté desconectada de la fuente de energía. Esto evitará cualquier riesgo de electrocución o accidente.

5. Mantener una distancia segura de la máquina durante el arranque

Es importante que el personal encargado del arranque mantenga una distancia segura de la máquina durante el proceso de arranque. Esto ayudará a evitar cualquier accidente o lesión en caso de que la máquina falle o se produzca algún tipo de problema durante el arranque.

6. Realizar pruebas de seguridad antes del arranque

Antes de comenzar el proceso de arranque, es importante realizar pruebas de seguridad para asegurarse de que la máquina esté en buen estado y que no haya ningún problema que pueda poner en riesgo la seguridad del personal. Esto incluye la comprobación de las conexiones eléctricas y la realización de pruebas de funcionamiento.

7. Tener un plan de emergencia en caso de accidente

Es importante tener un plan de emergencia en caso de que ocurra algún accidente durante el proceso de arranque. Esto incluye la disponibilidad de un botiquín de primeros auxilios y la capacitación del personal en primeros auxilios básicos.

Siguiendo estas consideraciones y tomando las precauciones necesarias, se puede garantizar la seguridad del personal y evitar cualquier accidente o lesión durante el proceso de arranque.

En conclusión, los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica son esenciales para su correcto funcionamiento y para evitar daños en el equipo. Cada método tiene sus ventajas y desventajas, por lo que es importante evaluar cuál es el más adecuado según las necesidades de la aplicación. Además, es necesario considerar factores como el consumo de energía y la duración del arranque. En definitiva, conocer los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica es fundamental para garantizar su eficiencia y prolongar su vida útil.

En conclusión, los métodos de arranque para la máquina de inducción polifásica son fundamentales para su correcto funcionamiento. Cada uno de ellos presenta ventajas y desventajas, y su elección dependerá de las necesidades particulares de cada aplicación. Es importante tener en cuenta que un arranque suave puede prolongar la vida útil del motor y reducir los costos de mantenimiento. Además, es recomendable realizar un seguimiento y monitoreo continuo del motor durante el arranque para detectar posibles problemas y prevenir daños mayores. En definitiva, la elección del método de arranque adecuado puede contribuir significativamente a mejorar la eficiencia y fiabilidad de la máquina de inducción polifásica en el largo plazo.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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