Arrancador suave – Principio y funcionamiento

Un arrancador suave es cualquier dispositivo que controla la aceleración de un motor eléctrico mediante el control de la tensión aplicada.

Ahora recordemos brevemente la necesidad de tener un arrancador para cualquier motor.

Un motor de inducción puede autoarrancarse debido a la interacción entre el flujo del campo magnético giratorio y el flujo del bobinado del rotor, lo que provoca una elevada corriente en el rotor a medida que aumenta el par. Como resultado, el estator consume una corriente elevada y, cuando el motor alcanza su velocidad máxima, se consume una gran cantidad de corriente (mayor que la corriente nominal), lo que puede provocar el calentamiento del motor y acabar dañándolo. Para evitarlo, se necesitan arrancadores de motor.

El arranque del motor puede ser de 3 formas

  • Aplicando la tensión a plena carga a intervalos de tiempo: Arranque directo en línea
  • Aplicando la tensión reducida gradualmente: Arranque estrella-triángulo y arranque suave
  • Aplicando el arranque del devanado parcial: Arrancador del autotransformador
Definir el arranque suave

Ahora vamos a centrar nuestra atención en el arranque suave.

En términos técnicos, un arrancador suave es cualquier dispositivo que reduce el par aplicado al motor eléctrico. Por lo general, consta de dispositivos de estado sólido, como tiristores, para controlar la aplicación de la tensión de alimentación al motor. El arrancador se basa en el hecho de que el par es proporcional al cuadrado de la corriente de arranque, que a su vez es proporcional a la tensión aplicada. Así, el par y la corriente pueden ajustarse reduciendo la tensión en el momento de arrancar el motor.

Puede haber dos tipos de control mediante el arrancador suave:

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Control abierto: Se aplica una tensión de arranque con el tiempo, independientemente de la corriente consumida o de la velocidad del motor. Para cada fase, se conectan dos SCR espalda con espalda y los SCR se conducen inicialmente con un retardo de 180 grados durante los respectivos ciclos de media onda (para los que cada SCR conduce). Este retardo se reduce gradualmente con el tiempo hasta que la tensión aplicada se eleva hasta la tensión de alimentación completa. Esto también se conoce como sistema de rampa de tensión temporal. Este método no es relevante, ya que no controla la aceleración del motor.

Control de bucle cerrado: Se controla cualquiera de las características de salida del motor, como la corriente absorbida o la velocidad, y la tensión de arranque se modifica en consecuencia para obtener la respuesta requerida. La corriente de cada fase se controla y, si supera un determinado valor de consigna, se detiene la rampa de tensión temporal.

Así, el principio básico del arrancador suave es que, controlando el ángulo de conducción de los SCR, se puede controlar la aplicación de la tensión de alimentación.

2 Componentes de un arrancador suave básico
  • Interruptores de potencia como los SCR, que deben estar controlados por fases, de modo que se apliquen a cada parte del ciclo. En el caso de un motor trifásico, se conectan dos SCR espalda con espalda para cada fase. Los dispositivos de conmutación deben tener una potencia nominal al menos tres veces superior a la tensión de la línea.
  • Lógica de control utilizando controladores PID o microcontroladores o cualquier otra lógica para controlar la aplicación de la tensión de puerta al SCR, es decir, para controlar el ángulo de disparo de los SCR para hacer que el SCR conduzca en la parte requerida del ciclo de tensión de alimentación.
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Ejemplo de funcionamiento de un sistema de arranque suave electrónico para un motor de inducción trifásico

El sistema consta de los siguientes componentes

  • Dos SCRs espalda con espalda para cada fase, es decir, 6 SCRs en total.
  • Circuito lógico de control en forma de dos comparadores -LM324 y LM339- para producir el nivel y la tensión de rampa y un optoaislador para controlar la aplicación de la tensión de puerta a cada SCR en cada fase.

Un circuito de alimentación para proporcionar la tensión de alimentación de corriente continua necesaria.

Diagrama de bloques del sistema de arranque suave electrónico para un motor de inducción trifásico

La tensión de nivel se genera mediante el comparador LM324 cuyo terminal inversor se alimenta mediante una fuente de tensión fija y el terminal no inversor se alimenta mediante un condensador conectado al colector de un transistor NPN. La carga y descarga del condensador hace que la salida del comparador cambie en consecuencia y el nivel de tensión pase de alto a bajo. Esta tensión de nivel de salida se aplica al terminal no inversor de otro comparador LM339 cuyo terminal inversor se alimenta mediante una tensión de rampa. Esta tensión de rampa se produce mediante otro comparador LM339 que compara la tensión continua pulsante aplicada en su terminal inversor con la tensión continua pura en su terminal no inversor y genera una señal de referencia de tensión cero que se convierte en una señal de rampa mediante la carga y descarga de un condensador electrolítico.

El 3rd el comparador LM339 produce una señal de ancho de pulso alto para cada tensión de nivel alto, que disminuye gradualmente a medida que se reduce la tensión de nivel. Esta señal se invierte y se aplica al Optoaislador, que proporciona impulsos de puerta a los SCR. A medida que el nivel de tensión cae, la anchura de los pulsos del optoaislador aumenta y, a mayor anchura de los pulsos, menor es el retardo y, gradualmente, el SCR se dispara sin retardo. Así, controlando la duración entre los pulsos o el retardo entre las aplicaciones de los pulsos, se controla el ángulo de disparo del SCR y la aplicación de la corriente de alimentación, controlando así el par de salida del motor.

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Todo el proceso es un sistema de control de bucle abierto en el que el tiempo de aplicación de los pulsos de disparo de la puerta a cada SCR se controla en función de lo pronto que disminuye la tensión de rampa desde la tensión de nivel.

Ventajas del arranque suave

Ahora que ya sabemos cómo funciona un sistema de arranque suave electrónico, recordemos algunas razones por las que se prefiere sobre otros métodos.

    • Mayor eficacia: La eficiencia del sistema de arranque suave que utiliza interruptores de estado sólido es mayor debido a la baja tensión de estado.
    • Arranque controlado: La corriente de arranque puede controlarse suavemente modificando fácilmente la tensión de arranque, lo que garantiza un arranque suave del motor sin tirones.
  • Aceleración controlada: La aceleración del motor se controla suavemente.
  • Bajo coste y tamaño: Esto se garantiza con el uso de interruptores de estado sólido.
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