Arrancadores electrónicos para motores de inducción monofásicos con protección

En general, solemos utilizar motores en muchos aparatos eléctricos y electrónicos, como ventiladores, refrigeradores, batidoras, trituradoras, escaleras mecánicas, ascensores, grúas, etc. Hay diferentes tipos de motores, como los de corriente continua y los de corriente alterna, según su tensión de alimentación. Además, estos motores se clasifican en varios tipos según diferentes criterios. Considera que los motores de CA se clasifican a su vez en motores de inducción, motores síncronos, etc. Entre todos estos tipos de motores, algunos requieren un funcionamiento en determinadas condiciones. Por ejemplo, para un motor monofásico, utilizamos un arrancador electrónico para facilitar el arranque.

Motor monofásico

Los motores eléctricos que utilizan energía monofásica para su funcionamiento se llaman motores monofásicos. Se clasifican en diferentes tipos, pero los motores monofásicos más utilizados son los motores de inducción monofásicos y los motores síncronos monofásicos.

Si consideramos un motor trifásico que suele funcionar con una alimentación trifásica en la que hay un desfase de 120 grados entre dos fases cualesquiera, entonces produce un campo magnético giratorio. Por ello, se induce una corriente en el rotor y se produce una interacción entre el estator y el rotor que hace que éste gire.

Sin embargo, en los motores monofásicos que sólo funcionan con una alimentación monofásica, hay varias formas de arrancar estos motores: una de ellas es el uso del arrancador monofásico. En todos estos métodos, la mayoría de las veces se produce una segunda fase, llamada fase auxiliar o de arranque, para crear un campo magnético giratorio en el estator.

Métodos de arranque de motores monofásicos

Hay varios métodos para arrancar motores monofásicos:

• Arranque de fase dividida o de resistencia
• Arranque del condensador
• Condensador permanente dividido
• Condensador de arranque Condensador de marcha
• Arrancador electrónico para motor monofásico

Arranque de fase dividida o de resistencia

Este método se utiliza principalmente en motores industriales sencillos. Estos motores constan de dos conjuntos de devanados: el devanado de arranque y el devanado principal o de funcionamiento. El devanado de arranque está formado por un hilo más pequeño que ofrece una mayor resistencia al flujo eléctrico que el devanado de marcha. Debido a esta alta resistencia, el campo magnético del devanado de arranque se desarrolla por la corriente antes de que se desarrolle el campo magnético del devanado de marcha. Por tanto, los dos campos están separados 30 grados, pero este pequeño ángulo es suficiente para poner en marcha el motor.

Arranque con condensador

Los devanados del motor de arranque por condensador son casi similares a los del motor de dos etapas. Los polos del estator están separados 90 grados. Para conectar y desconectar los devanados de arranque se utiliza un interruptor normalmente cerrado y un condensador colocado en serie con el devanado de arranque.

Con este condensador, la corriente impulsa la tensión, por lo que el condensador se utiliza para arrancar el motor y se desconecta del circuito tras alcanzar el 75% de la velocidad nominal del motor.

Condensador permanente dividido (PSC)

En el método de arranque con condensador, el condensador debe desconectarse después de que el motor haya alcanzado una determinada velocidad. En este método, sin embargo, se coloca un condensador de funcionamiento en serie con el devanado de arranque o el devanado auxiliar. Este condensador se utiliza de forma continua y no necesita que se desconecte ningún interruptor, ya que no sólo se utiliza para arrancar el motor. El par de arranque del PSC es similar al de los motores de bobina, pero con una corriente de arranque baja.

Arranque del condensador Arranque del condensador

Con este método, es posible combinar las características de los métodos de arranque con condensador y PSC. El condensador de marcha se conecta en serie al devanado de arranque o al devanado auxiliar y se conecta un condensador de arranque al circuito mediante un interruptor normalmente cerrado durante el arranque del motor. El condensador de arranque proporciona un impulso al arrancar el motor y el PSC proporciona una alta velocidad de funcionamiento al motor. Se trata de un sistema más caro, pero que proporciona un alto par de arranque y parada y un funcionamiento suave a alta potencia.

Esquema de protección del motor de inducción monofásico

El arrancador es un dispositivo que se utiliza para conmutar y proteger el motor eléctrico de sobrecargas peligrosas mediante el disparo. Reduce la corriente de arranque de los motores de inducción de CA y también el par motor.

Funcionamiento del circuito electrónico de arranque

El arrancador electrónico se utiliza para proteger el motor de sobrecargas y cortocircuitos. Se utiliza un sensor de corriente en el circuito para limitar la corriente consumida por el motor, ya que en algunos casos, como un fallo de los rodamientos, un defecto de la bomba o cualquier otro motivo, la corriente consumida por el motor supera su corriente nominal normal. En estas condiciones, el sensor de corriente dispara el circuito para proteger el motor. A continuación se muestra el diagrama de bloques del arrancador electrónico para el circuito del motor.

El interruptor S1 se utiliza para activar la alimentación a través del transformador T2 y los contactos N/C del relé RL1. La tensión continua desarrollada en el condensador C2 a través del puente rectificador activa el relé RL2. Con la activación del relé RL2, la tensión desarrollada a través de C2 energiza el relé RL3 y, por tanto, la alimentación del motor. Si el motor consume una sobrecorriente, la tensión desarrollada en el secundario del transformador T2 excita el relé RL1 y activa los relés RL2 y RL3.

Arranque suave del motor de inducción con ACPWM

El sistema propuesto pretende proporcionar un arranque suave del motor de inducción monofásico utilizando una tensión PWM sinusoidal durante el arranque del motor. Este sistema evita el frecuente funcionamiento del control de ángulo de fase TRIAC y proporciona una tensión alterna variable durante el arranque del motor de inducción monofásico. Al igual que el método de control TRIAC, la tensión varía de cero a máximo durante el arranque en un lapso de tiempo muy corto.

En esta técnica se utiliza el PWM, que produce armónicos de alto orden mucho más bajos. En este diseño, la tensión de red de CA se modula directamente utilizando un número muy reducido de componentes de potencia activos y pasivos. Por tanto, no requiere ninguna topología de convertidor ni costosos convertidores convencionales para producir formas de onda de tensión de salida. El esquema de cableado de un arrancador monofásico se muestra en la siguiente figura.

En este inversor, la carga se conecta en serie a los terminales de entrada del puente rectificador y sus terminales de salida se conectan al MOSFET de potencia controlado por PWM (IGBT o transistor bipolar o de potencia). Si este transistor de potencia está desconectado, no pasa corriente por el puente rectificador y, por tanto, la carga permanece en estado OFF. Del mismo modo, si el transistor de potencia se conecta, los terminales de salida del puente rectificador se cortocircuitan y la corriente fluye a través de la carga. Como sabemos, el transistor de potencia se puede controlar mediante la técnica PWM. En consecuencia, la carga puede controlarse variando el ciclo de trabajo de los pulsos PWM.

La nueva técnica de control de este accionamiento está pensada para su uso en productos industriales y de consumo (compresores, lavadoras, ventiladores) en los que hay que tener en cuenta el coste del sistema.

Gracias por tu interés en aprender sobre el arrancador, espero que este artículo te haya dado una breve idea del papel del arrancador en la protección del motor frente a las altas corrientes de arranque y en la garantía de un funcionamiento suave y fluido del motor de inducción. Para cualquier ayuda técnica sobre este artículo en detalle, por favor, publica tus comentarios en la sección de comentarios de abajo.