Un arrancador suave de motor es un dispositivo que se utiliza con motores eléctricos de CA para reducir temporalmente la carga y el par en el tren motriz y el aumento de corriente eléctrica del motor durante el arranque. Esto reduce la tensión mecánica en el motor y el eje, así como las tensiones electrodinámicas en los cables de alimentación conectados y la red de distribución eléctrica , extendiendo la vida útil del sistema. [1] : 150
Puede consistir en dispositivos mecánicos o eléctricos, o una combinación de ambos. Los arrancadores suaves mecánicos incluyen embragues y varios tipos de acoplamientos que utilizan un fluido , fuerzas magnéticas o perdigones de acero para transmitir el par, similar a otras formas de limitador de par . Los arrancadores suaves eléctricos pueden ser cualquier sistema de control que reduzca el par al reducir temporalmente el voltaje o la entrada de corriente , o un dispositivo que altere temporalmente la forma en que el motor está conectado al circuito eléctrico .
Siempre que la armadura de un motor eléctrico se mueve, tanto la acción del motor como la acción del generador ocurren simultáneamente; la fuerza electromagnética producida por la acción del generador se opone a la acción deseada del motor y crea efectivamente una resistencia variable del motor que aumenta con la velocidad del motor. Cuando se aplica un voltaje al motor, esta resistencia dicta la corriente consumida por el motor. En reposo, la resistencia es relativamente baja, por lo que la corriente de arranque o de irrupción puede ser alta si se aplica toda la tensión de línea al motor. En comparación con los motores de CC, los motores de CA tienden a tener una resistencia del estator significativamente mayor y, en consecuencia, una corriente de entrada más baja. [1] : 24
Sin embargo, el arranque transversal de los motores de inducción va acompañado de corrientes de irrupción de hasta 7 a 10 veces mayores que la corriente de funcionamiento, y los motores de mayor eficiencia pueden experimentar corrientes de irrupción de 10 a 15 veces la corriente de funcionamiento. Además, el par de arranque puede ser hasta 3 veces mayor que el par de funcionamiento. El par de arranque transitorio puede crear una tensión mecánica repentina en la máquina, lo que conduce a una vida útil reducida. Además, la elevada corriente de entrada sobrecarga el suministro eléctrico, lo que puede provocar caídas de tensión. Como resultado, se puede reducir la vida útil de los equipos sensibles. [1] Otro efecto secundario común, especialmente en instalaciones residenciales, es la caída de voltaje en el suministro de energía del sitio creada por la alta corriente de entrada, visible como luces parpadeantes.
Un arrancador suave controla continuamente el suministro de tensión del motor durante la fase de arranque. De esta manera el motor se adapta al comportamiento de carga de la máquina. El equipo operativo mecánico se acelera suavemente. Esto alarga la vida útil, mejora el comportamiento operativo y suaviza los flujos de trabajo. Los arrancadores suaves eléctricos pueden utilizar dispositivos de estado sólido para controlar el flujo de corriente y, por tanto, el voltaje aplicado al motor. Se pueden conectar en serie con el voltaje de línea aplicado al motor, o se pueden conectar dentro del bucle delta (Δ) de un motor conectado en delta , controlando el voltaje aplicado a cada devanado. Los arrancadores suaves de estado sólido pueden controlar una o más fases del voltaje aplicado al motor de inducción y los mejores resultados se logran con el control trifásico. Los arrancadores suaves controlados mediante dos fases tienen la desventaja de que la fase no controlada siempre mostrará algún desequilibrio de corriente con respecto a las fases controladas. Normalmente, el voltaje se controla mediante rectificadores controlados por silicio conectados en paralelo inverso ( tiristores ), pero en algunas circunstancias con control trifásico, los elementos de control pueden ser un SCR y un diodo conectados en paralelo inverso . [2] [3]
Otra forma de limitar la corriente de arranque del motor es un reactor en serie . Si se utiliza un núcleo de aire para el reactor en serie, entonces se puede diseñar un arrancador suave muy eficiente y confiable que sea adecuado para todos los tipos de motores de inducción trifásicos [síncronos/asincrónicos] desde 25 kW 415 V hasta 30 MW 11 kV. El uso de un arrancador suave de reactor en serie con núcleo de aire es una práctica muy común para aplicaciones como bombas, compresores, ventiladores, etc. Por lo general, las aplicaciones de alto par de arranque no utilizan este método.
Los arrancadores suaves se pueden configurar según los requisitos de cada aplicación individual. En comparación con los variadores de frecuencia, los arrancadores suaves requieren muy pocos ajustes por parte del usuario. Algunos arrancadores suaves también incluyen un proceso de "aprendizaje" para adaptar automáticamente la configuración del variador a las características de una carga del motor, para reducir el requisito de irrupción de energía al inicio. En aplicaciones de bombas, un arrancador suave puede evitar aumentos repentinos de presión que podrían provocar golpes de ariete . Los sistemas de cinta transportadora se pueden iniciar suavemente, evitando tirones y tensiones en los componentes motrices. Los ventiladores u otros sistemas con transmisión por correa se pueden poner en marcha lentamente para evitar el deslizamiento de la correa y los aumentos repentinos de presión del aire. Los arrancadores suaves se ven en helicópteros eléctricos R/C y permiten que las palas del rotor se enrollen de manera suave y controlada en lugar de un aumento repentino. En todos los sistemas, un arranque suave limita la corriente de entrada y, por lo tanto, mejora la estabilidad de la fuente de alimentación y reduce las caídas de voltaje transitorias que pueden afectar otras cargas. [4] [5] [6]