Arranques: es el proceso por el cual se lleva una máquina desde una velocidad cero a un velocidad de funcionamiento. Este estado es transitorio y conlleva a que el motor absorbe una gran corriente y tiene una alta probabilidad de quemar el devanado del rotor si este estado se mantiene por un largo periodo de tiempo.
En esta guía se van a tratar cuatro tipos de arranques:
Arranque a plena tensión.
Consiste en conectar la armadura y campo a tensión nominal. Este método es el más simple desde el punto de vista de control, solo consiste en energizar el devanado de campo y posteriormente el de armadura, se debe hacer en esta secuencia sino se puede embalar el motor y dañarlo.
El circuito de potencia consiste de un motor de excitación separada que tiene un devanado de campo y otro de armadura. Al activarse el contactor 1M, energiza tanto el campo como la armadura del motor.
El circuito de control también es muy sencillo, consiste de un pulsador 1PB para energizar y un 2PB para desenergizar. Al activarse 1PB se activa la bobina de 1M y sus contactos en control memorizan el estado y en potencia energizan los devanados del motor. Al activar 2PB el circuito vuelve a su estado de reposo sin nada activo.
Con un arranque a plena tensión el circuito de campo no sufre ningún daño porque este circuito se autorregula y no presenta corrientes demasiado grandes.
En el circuito de armadura se presentan grandes corrientes debido a que la la velocidad de giro del rotor es cero, esto conlleva a que la tensión generada Eg=KgIfηr sea cero y las corrientes crezcan bastante. La corriente de arranque se puede calcular como
Si se realiza la simulación la corriente de arranque sería:
En la simulación se puede observar que la corriente de arranque es de 83.3 A que es cercana a 96A, la disminución se debe a que en el momento de la medición de la corriente el rotor no tiene una velocidad igual a cero. La corriente de 96A se puede considerar como el caso mas desfavorable.
Si se compara la corriente de arranque de 96A con la corriente nominal que es I
n=5*746/240=15.5A resulta que la corriente de arranque es de 6.17 veces, esto implica que en el momento dela arranque el motor tiene una sobrecarga de 38 veces más que en pleno funcionamiento. Por este motivo el estado de arranque debe ser un estado transitorio y no debe durar mucho tiempo.
Arranque con resistencias en serie con la armadura .
Consiste en alimentar el campo a la tensión nominal y en el momento del arranque colocar una resistencia en serie con la armadura para limitar la corriente en este momento.
El circuito de potencia tiene el campo alimentado a tensión nominal, en la armadura se ha colocado una resistencia de valor variable. Como esta resistencia solo se usa en el momento dela arranque, se debe colocar un contacto de 2M en paralelo con la resistencia para cortocircuitarla, el tiempo que está presente la resistencia se controla por medio de 1TR.
el circuito de control tiene dos peldaños, el primero se encarga de energizar la bobina de 1M y encender el motor, en paralelo con la bobina de 1M se encuentra la bobina del temporizador 1TR. En el segundo peldaño se encuentra un contacto NA de 1TR que a su vez activa la bobina de 2M y cortocircuita la resistencia de arranque.
La corriente de arranque se puede calcular como:
En la simulación se puede observar que la corriente de arranque es de 50A porque la velocidad del motor en este momento es diferente de cero. Después de que haya transcurrido 0.12 seg en al simulación se alcanza a apreciar un segundo pico de corriente que se presenta al cortocircuitar la resistencia de arranque.
Arranque por rampa de tensión.
Este arranque es una evolución del arranque a tensión reducida, solo que la tensión se aumenta de forma constante en un determinado tiempo y a este incremento se llama rampa de tensión.
El circuito con el cual se regula la velocidad se denomina arrancador suave de corriente continua. Este puede ser construido a partir de transistores o rectificadores con SCR (Rectificadores controlados de Silicio). En cualquier de los dos casos se necesita un sistema microcontrolado para genera la rampa de tensión y a la larga resulta en un dispositivo complejo y costo.
El circuito de potencia consta del campo que es energizado a tensión nominal por medio de 1M. Se tiene el arrancador suave que tiene dos terminales de conexión de la fuente de alimentación, dos terminales de conexión del motor y dos terminales para activar el equipo; esta activación se hace por medio de 1M también.
El circuito de control consta de una bobina de 1M, un pulsador para encender 1PB y uno para apagar. Muchas veces este control se restringe solo a una llave selectora que hace las dos funciones a la vez.
En la parte de manejo del arrancador se encuentra un temporizador que es el encargado de controlar la rampa de aceleración. Si el tiempo de aceleración es muy pequeño, la corriente de arranque es grande y se puede llegar al limite del arranque a plena tensión. Si la rampa se reduce, es decir se programa más tiempo de arranque, las corrientes de arranque disminuyen de forma notoria.
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