Guía del motor de arranque DOL: cableado, clasificaciones de corriente y selección de relé de control

Una bomba de pozo de 7,5 kW activa el interruptor alimentador por tercera vez este mes. Los devanados se prueban bien, el aislamiento se ve limpio y la corriente sin carga se encuentra donde debería. La falla está en el panel de arranque: un contactor de tamaño insuficiente, una sobrecarga reducida demasiado o una disposición de línea directa aplicada a una carga que nunca debería haber tenido una.

Para la mayoría de los motores trifásicos de jaula de ardilla de entre 0,37 kW y 15 kW, un circuito de motor de arranque DOL sigue siendo la respuesta más simple, económica y útil, siempre que se cumplan dos condiciones. El suministro debe poder absorber la irrupción sin arrastrar el voltaje del terminal por debajo del umbral de retención del contactor, y la carga impulsada debe tolerar un arranque brusco e incontrolado. Todo lo que aparece a continuación trata de probar esas dos condiciones antes de pedir piezas.

Qué hace un iniciador DOL en los primeros dos segundos

Un arrancador directo en línea hace exactamente una cosa: aplica voltaje de línea completo al estator a través de un contactor. No hay etapa de tensión reducida, ni toma de transformador, ni rampa de semiconductores. En el instante en que la bobina se activa, los terminales del motor ven 380 V o 415 V y el rotor acelera tan rápido como lo permite la inercia de la carga.

Eso no es un defecto. En el momento de la conmutación, el deslizamiento es igual a uno y el rotor de jaula se comporta como un secundario de transformador en cortocircuito. La corriente es correspondientemente grande. Un motor con clasificación IEC generalmente consume una corriente de rotor bloqueado de seis a ocho veces la corriente de carga completa, con un factor de potencia cercano a 0,3, lo que significa que la mayor parte de esa sobretensión es reactiva y causa un daño real al voltaje de línea en lugar de al motor en sí.

El lado del torque de la ecuación es más amigable. A plena tensión, el par de arranque suele ser entre 1,5 y 2,5 veces el par a plena carga, según el diseño del rotor. Ese es el oficio que hace un arrancador DOL: torque generoso, corriente castigadora.

En la práctica, eso significa que un arrancador directo en línea es la opción correcta cuando el suministro puede soportar la sobretensión y la carga no necesita una rampa suave. Es una decisión equivocada cuando ambas son falsas, y es un lanzamiento de moneda cuando solo una lo es.

Dentro del panel: qué piezas fallan primero

La mayoría de las fallas del DOL nunca llegan al motor. Un componente se rinde primero y se lleva consigo un circuito vecino.

• contactor: enciende y apaga el motor a plena tensión. Clasificado para servicio AC-3, con capacidad de corriente de contacto que cubre tanto la corriente de arranque como la de funcionamiento.
• Relé de sobrecarga térmica: se dispara ante un exceso de corriente sostenido, no ante el impulso de arranque normal. Su clase de viaje decide cuántos segundos de seis veces la corriente tolerará.
• MCB o fusible: se encarga de la protección contra cortocircuitos, que es un trabajo diferente al de la protección contra sobrecargas. La coordinación entre ambos es el control que más comúnmente se pasa por alto.
• Pulsadores de arranque y parada: piezas baratas con mayor número de maniobras y las primeras en oxidarse en habitaciones polvorientas o húmedas.
• Relé de control: conecta señales remotas, temporizadores y enclavamientos a la bobina del contactor. A medida que los paneles crecen, aquí es donde se concentran las fallas intermitentes.

El circuito de control es la mitad subestimada de un motor de arranque. Un pequeño relé intermedio o un relé electromagnético de uso general permite que un cable de control delgado impulse una bobina de contactor pesada, y los contactos del relé sufren el desgaste de la conmutación en lugar de la bobina.

El voltaje de la bobina, la clasificación de los contactos y si el relé ofrece una palanca de prueba manual son más importantes que el título de la hoja de datos. En paneles con varios motores, los módulos montados en riel DIN eliminan la necesidad de cablear bases de relés individuales y hacen que el reemplazo sea un trabajo de diez segundos.

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La siguiente tabla resume lo que realmente se le pide a cada parte que haga y dónde tiende a salir mal.

¿Cuánta corriente realmente atrae un inicio de DOL?

El siguiente cuadro compara el múltiplo de entrada de cuatro métodos de arranque comunes en la misma escala, por lo que la brecha entre un arranque directo en línea y una rampa controlada es visible de un vistazo.

Las longitudes de las barras se dibujan en una única escala común, por lo que una barra de 6.0x es realmente tres veces la longitud de una barra de 2.0x en lugar de una impresión estilizada. Un arranque directo en línea en un motor de 11 kW a 415 V significa que fluyen aproximadamente 130 A durante el primer o segundo segundo, lo que es suficiente para hacer parpadear la iluminación en el mismo tablero de distribución. Estrella-triángulo reduce esa cifra a aproximadamente un tercio alimentando cada devanado al 58 por ciento del voltaje de línea durante la fase de arranque. Un arrancador suave logra una reducción similar mediante el control del ángulo de fase, llegando aproximadamente a la mitad de la irrupción de voltaje total. Un variador de frecuencia es el que más limita la corriente, manteniéndola cerca de 1,5 veces la corriente de funcionamiento, pero el par disponible a baja frecuencia es correspondientemente modesto. La consecuencia práctica es que la elección nunca se centra únicamente en la irrupción, porque cada reducción de corriente se paga con un par de arranque reducido y un coste adicional de hardware.

El perfil actual que realmente ve su protección

Los múltiplos de irrupción describen un único instante. El relé de sobrecarga responde a la forma de todo el arranque, por lo que una curva de corriente contra tiempo es una herramienta de diseño más útil que un solo número.

La curva continua muestra lo que sucede cuando el voltaje completo llega al estator en un solo paso, y la curva discontinua muestra el mismo motor arrancado a través de una disposición estrella-triángulo. La traza de la línea directa salta casi verticalmente a seis veces la corriente corriente, luego decae suavemente a medida que cae el deslizamiento y el rotor alcanza el campo giratorio. La traza estrella-delta mantiene una meseta plana cerca de dos veces la corriente durante los primeros tres segundos, luego aumenta a casi 5,8 veces en el momento de la transición de estrella a delta. Ese pico de transición es la parte que la mayoría de la gente olvida, y es donde se producirá una sobrecarga térmica marginal a pesar de que el inicio inicial parecía cómodo. La banda horizontal entre aproximadamente dos y seis veces la corriente, sostenida durante ocho o diez segundos, es la ventana de diseño para la que una sobrecarga de clase 10 está diseñada para sobrevivir. Cuando la aceleración toma más tiempo que esa ventana, porque la carga tiene alta inercia o el suministro es débil, en esta se disparará la misma configuración de relé que funcionó en la máquina anterior.

Reglas de dimensionamiento y las cargas que las rompen

La potencia nominal del motor es el punto de partida para el dimensionamiento, no la respuesta. La siguiente tabla refleja lo que un suministro de 415 V puede soportar razonablemente con un arranque directo en línea, suponiendo un transformador de capacidad adecuada y un tramo de alimentador de longitud normal.

La disponibilidad del par decide entonces si el lado eléctrico es siquiera relevante. El siguiente cuadro normaliza el par de arranque a un arranque de voltaje total, por lo que una barra en 100 significa que el motor produce exactamente lo que produciría al otro lado de la línea.

El par cae con el cuadrado del voltaje aplicado, razón por la cual el arranque con voltaje reducido cuesta más esfuerzo de tracción de lo que la gente espera. Estrella-triángulo proporciona sólo alrededor de un tercio del par de tensión total, una cifra que se adapta a las bombas y ventiladores centrífugos porque su par de carga aumenta con el cuadrado de la velocidad. Se desmorona en bombas de desplazamiento positivo, compresores de tornillo y transportadores completamente cargados, donde la carga exige un par casi total desde velocidad cero. Un arrancador suave configurado para limitar la corriente agresivamente se comporta de la misma manera, intercambiando aceleración por una demanda máxima más baja. El arranque del autotransformador se ubica entre los dos, brindando aproximadamente el 42 por ciento del torque total con el grifo del 65 por ciento, al tiempo que agrega costo y volumen del panel. Cuando una carga realmente necesita un par de arranque total y el suministro aún no puede soportar la irrupción, la respuesta honesta suele ser un variador de frecuencia, no una disposición más inteligente de contactores.

Hacer coincidir el método de inicio con la carga

La potencia del motor por sí sola no selecciona un motor de arranque. La siguiente comparación califica cuatro métodos según los criterios que realmente impulsan las decisiones del panel, donde una puntuación más alta significa un mejor desempeño en esa dimensión.

El polígono rojo pertenece a un iniciador de línea directa y es la forma más asimétrica del gráfico. Obtiene una puntuación alta por su costo inicial, simplicidad de cableado, par de arranque y facilidad de mantenimiento, porque un contactor y un relé de sobrecarga no contienen casi nada que pueda ser mal configurado. Obtiene una puntuación cerca del fondo en control de irrupción, y esa única debilidad es lo que lo descalifica en suministros débiles y motores grandes. La forma azul de estrella-triángulo es más equilibrada pero nunca llega a la cima en ningún eje, y agrega tres contactores más un temporizador al panel. El arrancador suave de color ámbar es el más potente en el control de irrupción, al tiempo que ofrece par y simplicidad. El variador de frecuencia verde gana en control de irrupción y iguala el torque directo en línea, pero es el más caro y el más exigente de mantener. Al leer el gráfico en su conjunto, el directo en línea gana dondequiera que haya escasez de suministros y existen todos los demás métodos para solucionar una debilidad específica en lugar de mejorar en general.

Errores comunes que acortan la vida útil del motor de arranque

1. Configuración de la sobrecarga térmica en la corriente de la placa de identificación sin tener en cuenta la temperatura ambiente del panel. En una habitación que funciona a 55 grados Celsius, el mismo relé se activará antes de tiempo y el operador seguirá reiniciándolo.
2. Seleccionar un contactor con clasificación AC-1 en lugar de AC-3. La ruptura inductiva de un circuito de motor erosiona los contactos mucho más rápido que la conmutación de carga resistiva a la misma corriente.
3. Montaje de una bobina de control de 230 V y alimentación desde un circuito de control de 400 V. La bobina se quema y el reemplazo suele llegar después de que la línea de producción se ha detenido por un turno.
4. Superar seis arranques por hora sin reducción de potencia. Tanto los contactores como los relés de sobrecarga acumulan fatiga térmica y la falla aparece meses después en lugar de inmediatamente.
5. Puesta en servicio de un arrancador directo en línea sin verificar la capacidad del transformador y la longitud del alimentador. Si el voltaje del terminal cae por debajo de aproximadamente el 85 por ciento durante el arranque, el contactor puede caerse a mitad de la aceleración y volver a cerrarse en un motor que todavía está girando.

El orden de tallas importa más que la elección de la marca. Calcule la corriente de arranque que el suministro puede aceptar, confirme el par de carga que entregará el método y solo entonces elija el contactor, la sobrecarga y el relé de control que se ajusten a esa decisión. Esa etapa de coincidencia de parámetros es donde casi tres décadas de experiencia en la fabricación de relés, descritas en nuestro acerca de la página , ha sido construido. Un arrancador directo en línea que coincida con su motor es el control de motor más económico y confiable disponible. Uno que no lo hace es simplemente una máquina para quemar contactos.

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