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ARRANCADORES
PARA
MOTORES DE
INDUCCION Y
MOTORES
SINCRÓNICOS
La función de un DRIVE de C. A. es arrancar el
motor y controlar su velocidad.
El arranque en motores de inducción se debe
realizar de tal manera que no provoque
perturbaciones en el alimentador (caídas de
voltaje) que hagan funcionar mal a otros equipos
conectados al mismo alimentador.
Para no provocar caídas de voltaje excesivas se debe
limitar la corriente de arranque, pero cuidando que no
se afecte al arranque del motor.
En muchas ocasiones no se necesita un DRIVE y
se puede usar un arrancador que limite la corriente
de arranque.
Existen varios mecanismos que se pueden
implementar para reducir la corriente que el motor
toma en el arranque:
a.- Insertar impedancias en serie en las líneas del
motor.
b.-Usar un transformador o auto-transformador
para reducir el voltaje aplicado al motor.
c.- En motores diseñados para que sus
embobinados operen conectados en DELTA se
puede implementar un arranque con los
embobinados
inicialmente
conectados
en
ESTRELLA y luego cambiar a DELTA.
d.- En motores de rotor devanado se puede
arrancar con resistencias en serie con el rotor.
Para comprender como se afecta al motor al
implementar estas técnicas de arranque se debe
entender como afectan a la característica del
motor, en particular a la característica corriente
del estator versus velocidad y par del motor
versus velocidad .
Lo anterior se puede determinar mediante el
análisis del circuito equivalente del motor.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR DE INDUCCIÓN
Rs
jXs
jXr
Rr/s
VLN
jXm
CIRCUITO EQUIVALENTE POR
FASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
4f
ws 
P
ws  wm
s
ws
Rs ES LA RESISTENCIA DE LA BOBINA DEL ESTATOR
Xs ES LA REACTANCIA DE DISPERSIÓN DE LA BOBINA DEL ESTATOR
Rr ES LA RESISTENCIA DEL EMBOBINADO DEL ROTOR REFERIDA AL
ESTATOR
Xr ES LA REACTANCIA DE DISPERSION DEL EMBOBINADO DEL ROTOR
REFERIDA AL ESTATOR
XM ES LA REACTANCIA DE MAGNETIZACIÓN DEL MOTOR
El circuito equivalente
Rs
jXs
jXr
Rr
se puede desglosar
para
separar
la
Ir
VLN Is
Rr(1-s)/s
jXm
Im
potencia en el rotor en
dos
partes:
las
CIRCUITO EQUIVALENTE POR
pérdidas de cobre en
FASE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
el rotor y la potencia
convertida de eléctrica
a mecánica.
Psu =3 Rs I12 = Pérdidas de cobre en el estator
Pru=3 Rr Ir2 = Pérdidas de cobre en el rotor
Pd =3 Rr (1-s)/s Ir2 = Potencia convertida ( eléctrica a
mecánica)
(1  s) 2
Psalida  3R r
I r  Pperdrotacionales
s
Pg =3 Rr /s Ir2 = Potencia que cruza del estator al rotor
Pentrada = 3 VLN Is Cos <VnlIs
h Eficiencia Psalida/Pentrada
La impedancia del motor se puede obtener de:
Rr
(  jX r )(jX m )
Zm  R s  jX s  s
Para cualquier s
Rr
 jX r  jX m
s
(R r  jX r )(jX m )
Zmarr  R s  jX s 
Para arranque s  1
R r  jX r  jX m
VLN
Is 
Zm
VLN
I sarr 
Z marr
Una vez calculada la potencia convertida
se puede calcular el par interno
Pg
Pd
Td  Par interno 

w m ws
También se puede calcular el par
de salida
Psalida
Tsalida 
wm
Si este proceso se realiza en forma repetitiva para
diferentes valores de Wm se pueden obtener
características de corriente de estator (Is) y Par
interno contra velocidad
Par interno de Motor a voltaje nominal
Par a voltaje nominal
T/Tnominal 5
4
3
2
1
0
-1 0.0
-1.0
-0.5
0.5
1.0
-2
Zona de
Zona de
-3
-4
operación
Frenado
-5
como Motor
-6
-7
Zona de
operación
como de
Generador
Wrotor/Ws
1.5
2.0
Se han normalizado tanto el par como la velocidad
Corriente normalizada del Motor
Corriente del estator a voltaje nominal
Is/Inominal
9
8
7
6
5
4
3
2
Wrotor/Ws
1
0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Si no se conocen los parámetros del circuito
equivalente se puede determinar la impedancia del
motor en el arranque con la letra de código y el factor
de potencia en el arranque. La letra de código indica
los KVA de rotor bloqueado por caballo de salida.
KVA de rotor bloqueado = Rango de tabla * HP de motor
I arranqueaVN 
Zmarr 
KVA de rotor bloqueado
KVA nominales
VN LN
IarranqueaVN
I nominal
; marr  Cos f.p. arr
-1
LETRA DE
CODIGO
RANGO DE: KVA DE
ROTOR BLOQUEADO
POR HP
CODIGO
RANGO DE: KVA DE
ROTOR BLOQUEADO
POR HP
A
B
C
D
E
F
G
H
J
0.00 A 3,14
3.15 A 3.54
3.55 A 3.99
4.00 A 4.49
4.50 A 4.99
5.00 A 5.59
5.60 A 6.29
6.30 A 7.09
7.10 A 7.99
L
M
N
P
R
S
T
U
V
9.00 A 9.99
10.00 A 11.19
11.20 A 12.49
12.5 A 13.99
14.0 A 15.99
16.0 A 17.99
18.0 A 19.99
20.00 A 22.39
22.4 Y MAYOR
K
8.00 A 8.99
LETRA DE
ARRANQUE CON IMPEDANCIA EN SERIE
L1
L2
L3
S
S
Z
R
Z
T1
T2
R
S
INDUCTION
MOTOR
Z
T3
R
Se inicia el arranque cerrando los contactos
S, y después de un atraso de tiempo se
cierran los contactos R y luego se pueden
abrir los contactos S
Si el motor se conecta directamente al voltaje
nominal se obtiene:
ISARRVN
VNLN
Zmarr
VN LN
ISARRVN =
Zmarr
Si se conecta el motor con impedancia en serie
se obtiene:
ISARRZE
Ze
VNLN
Zmarr
VN LN
ISARRZE =
Zmarr  Z e
Se puede usar una impedancia externa, tanto usando
resistencia como reactancia. Dependiendo de las
características del alimentador puede convenir mas
usar una que la otra.
La impedancia del motor en el arranque se puede
separar en parte real y parte reactiva.
Rmarr = Zmarr f.p.arr
Ztotal 
Xmarr = Zmarr * Sen (Cos-1 f.p.arr )
VN LN
Iarranque deseada
 Ze  Zmarr
Z total  (R e  R marr )  (X e  X marr )
2
2
Si se desea agregar REACTANCIA en serie (Re=0)
Xe  Z
2
total
R
2
marr
 X marr
Si se desea agregar RESISTENCIA en serie (Xe=0)
Re  Z
2
total
X
2
marr
 R marr
Corriente de Motor con Impedancia serie con
estator
Corriente a voltaje nominal
Is/Inominal
Corriente con Re
Corriente con Xe
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Wrotor/Ws
0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
LOS VALORES DE RE Y XE SE SELECCIONARON
PARA REDUCIR LA CORRIENTE DE ARRANQUE A
LA MITAD
Par de Motor con Impedancia serie con estator
Par a voltaje nominal
-1.0
T/Tnominal
-0.5
5
4
3
2
1
0
-1
-2 0.0
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
Par con Re
0.5
Par con Xe
1.0
1.5
2.0
Wrotor/Ws
Con impedancia en serie si la corriente de
arranque se reduce a la mitad el par de arranque
se reduce a una cuarta parte.
Caída de voltaje en alimentadores
La caída de voltaje en alimentadores depende de la
impedancia del alimentador y de la corriente que circula
por el mismo.
A bajos voltajes el efecto resistivo es importante.
A altos voltajes predomina el efecto inductivo.
DV= Z I = (r + j x) (Iw +Ivar)
donde:
Iw es la parte de la corriente que suministra potencia
promedio
Ivar es la parte de la corriente correspondiente a la
potencia
reactiva.
Ing. Javier Rodríguez Bailey
Caso de alimentador resistivo
Iw
VL
Vs
Ivar
r Iw
DV
r Ivar
En este caso la corriente Iw provoca
una caída en fase con el voltaje de la
fuente, y la corriente Ivar no altera
significativamente la magnitud del
voltaje en la carga, solo altera su ángulo
de fase.
Ing. Javier Rodríguez Bailey
Caso de alimentador inductivo
Iw
Ivar
Vs
jx Iw
DV
jx Ivar
DV
VL
En este caso lo corriente Ivar produce la
caída que se resta en fase con el voltaje de la
fuente y la corriente Iw no modifica en forma
predominante la magnitud de voltaje de la
carga, solo cambia el defasamiento.
Ing. Javier Rodríguez Bailey
ARRANQUE CON AUTO-TRANSFORMADOR
R
L1
80%
T1
65%
R
L2
50%
T2
S
S
50%
65%
80%
L3
S
INDUCTION
MOTOR
S
T3
R
Se inicia el arranque cerrando los contactos S, y
después de un atraso de tiempo se ABREN los
contactos S y luego se CIERRAN los contactos R
(Transición en circuito abierto)
La corriente en el motor se reduce en la misma
proporción que se reduce el voltaje (a)
IAARRVR
IMARRVR
1:a
+
aVN LN
IM ARRVR =
Zmarr
2
V NLN
-
+
aV NLN
-
Zmarr
a VN LN
IA ARRVR =
Zmarr
La corriente en el alimentador se reduce en
proporción al cuadrado de la reducción del
voltaje (a2)
Corriente de Motor a diferentes voltajes
Corriente a voltaje nominal
Is/Inominal
Corriente a mitad de voltaje nominal
9
8
7
6
5
4
3
2
Wrotor/Ws
1
0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Par de Motor a diferentes voltajes
Par a voltaje nominal
-1.0
T/Tnominal 5
4
3
2
1
0
-1 0.0
-0.5
-2
-3
-4
-5
-6
-7
Par a mitad de voltaje nominal
Wrotor/Ws
0.5
1.0
1.5
2.0
Con auto-transformador si la corriente en el
alimentador se reduce a la mitad, el par de
arranque también se reduce a la mitad.
ARRANQUE EN ESTRELLA OPERACIÓN EN DELTA
A
3I BARR
IBARR
ZD
VLL
C
ZD
ZD
ZD
I BARR
3
ZD
ZD
B
ARRANQUE EN DELTA
ARRANQUE EN ESTRELLA
ig1
I1
Isa
SCR1
A
VsA = Vm Sin w t
a
Ia
SCR4
T1
I4
ig4
ig3
I3
N
Isb
b
SCR3
B
VsB = Vm Sin (w t-120°)
MOTOR DE
INDUCCIÓN
T2
Ib
SCR6
I6
ig6
ig5
T3
I5
Isc
C
c
SCR5
VsC = Vm Sin (w t+120°)
Ic
SCR2
I2
ig2
SOFT START PARA MOTORES DE INDUCCION
ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR EN
MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO
L1
T1
M
R1
T2
L2
M
T3
L3
2A
1A
R2
R3
2A
1A
M
SE
INICIA
EL
ARRANQUE
CERRANDO
LOS
CONTACTOS M, EL MOTOR INICIA SU ARRANQUE CON
TODAS LAS RESISTENCIAS EN SERIE CON EL ROTOR,
DESPUES DE UN TIEMPO SE CIERRAN LOS
CONTACTOS 1A QUE PONEN EN CORTO PARTE DE
LAS RESISTENCIAS Y POSTERIORMENTE SE CIERRA
EL CONTACTO 2A QUE PONE EN CORTO TODAS LAS
RESISTENCIAS DEL ROTOR
ARRANQUE CON RESISTENCIA EXTERNA EN ROTOR
Corriente de Motor con resistencias externas en
serie con rotor
Corriente con Rrotorext=0
Corriente con Rrotorext=2 Rr
Corriente con Rrotorext=5
Rr
9
Is/Inominal
8
7
6
5
4
3
2
1
Wrotor/Ws
0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Los puntos de las características de corriente y par se
mueven a la izquierda. Un punto que ocurría con un
deslizamiento S1, al triplicar la resistencia ahora se obtiene
con un deslizamiento de 3 S1
Par de Motor con resistencias en serie con rotor
Par con Rrotorext=0
Par con Rrotorext=5 Rr
5
4
3
2
1
0
T/Tnominal -1.0
-1 0.0
-0.5
-2
-3
-4
-5
-6
-7
Par con Rrotorext=2 Rr
0.5
1.0
1.5
2.0
Wrotor/Ws
Los puntos de las características par se mueven a la
izquierda. Un punto que ocurría con un deslizamiento S1, al
triplicar la resistencia ahora se obtiene con un
deslizamiento de 3 S1