Los motores de inducción se arrancan hoy de cuatro maneras principales: directo, estrella-triángulo, con arrancador estático (suave) o con variador de frecuencia. Los dos primeros son electromecánicos y simples; los dos últimos son electrónicos y permiten controlar el arranque, pero cuestan más y traen consigo problemas nuevos. Este artículo explica cuándo conviene cada uno.
El arrancador estático (soft starter)
Un arrancador suave usa tiristores en antiparalelo en cada fase para recortar la forma de onda de la tensión: sube progresivamente de un valor inicial (por ejemplo, el 30–50 %) hasta el 100 % en una rampa (de unos segundos a un minuto). Con tensión reducida, el motor absorbe menos corriente y desarrolla menos par.
El par de un motor es proporcional al cuadrado de la tensión, y la corriente es proporcional a la tensión:
M = M_dir · (U / U_n)²
I = I_dir · (U / U_n)
Con el 50 % de la tensión:
M = 0,25 · M_dir
I = 0,5 · I_dir
Si el motor directo daba 7 · I_n y 1,6 · M_n, con el arrancador al 50 %: 3,5 · I_n y 0,4 · M_n.
Qué ofrece
- Arranque y parada progresivos, sin golpes de par ni de corriente: protege la transmisión y las tuberías (reduce el golpe de ariete en bombas).
- Posible limitación de corriente.
- Un contactor de by-pass que puentea los tiristores una vez alcanzada la tensión nominal: evita pérdidas y calor en régimen permanente.
Qué no ofrece
- No regula la velocidad en funcionamiento.
- El par de arranque cae con el cuadrado de la tensión: no sirve para cargas con alto par de arranque (cintas cargadas, compresores de pistón, trituradores).
- Genera armónicos durante la rampa (transitorios).
El variador de frecuencia
Un variador rectifica la tensión de la red, la mantiene en un bus de corriente continua y la ondula con transistores (IGBT) para generar un sistema trifásico de tensión y frecuencia variables. Controla la velocidad del motor (n = 60 · f / p) y, con el control U/f constante o vectorial, mantiene el par nominal durante toda la rampa.
Qué ofrece
- Corriente de arranque muy baja (1–1,5
I_n) con un par alto (hasta 1,5M_no más): la solución para cargas pesadas. - Control de la velocidad y ahorro de energía en bombas y ventiladores, donde la potencia varía con el cubo de la velocidad (véase eficiencia de motores y variadores).
- Frenado, inversión, funciones de protección y comunicación.
Qué cuesta
- Precio superior, y la electrónica requiere ventilación y mantenimiento.
- Armónicos de corriente en la red.
- Interferencias electromagnéticas (EMC).
- Esfuerzo sobre el aislamiento del motor (frentes de tensión rápidos).
Los efectos colaterales de un variador
Armónicos
El puente rectificador de seis pulsos absorbe corriente no senoidal de la red (armónicos 5.º, 7.º, 11.º, 13.º…) con una distorsión THD_I del orden de 30–40 % sin filtro. Se reduce con reactancias en la entrada o en el bus de continua (hasta un 30–35 %), con rectificadores de 12 o 18 pulsos, o con filtros activos y rectificadores regenerativos (menos del 5 %). Los efectos en la red se tratan en el artículo de armónicos y sobrecarga del neutro.
EMC y cables apantallados
El variador conmuta a frecuencias de varios kHz y genera corrientes de modo común que circulan por las capacidades parásitas de los cables y del motor. Para contenerlas:
- Cable apantallado entre variador y motor, con la pantalla puesta a tierra a 360° en ambos extremos.
- Filtro EMC a la entrada.
- Separar los cables de potencia de los de señal.
- Equipotencialidad de alta frecuencia: tierras cortas, planos de masa.
Cables largos y reflexiones
Los frentes de tensión del variador, al viajar por un cable largo, se reflejan en el motor y pueden duplicar el pico de tensión en bornes, degradando el aislamiento del motor. Se mitigan con filtros dv/dt o senoidales, limitando la longitud del cable o usando motores con aislamiento reforzado (aptos para variador).
Protección diferencial
El variador deja pasar corrientes de fuga con componente de corriente continua y de alta frecuencia: los diferenciales de tipo AC pueden no ver la falta (quedan ciegos con DC) o dispararse sin causa. Se usan diferenciales de tipo B (o F en monofásico): véase protección diferencial: tipos.
Cuándo conviene cada uno
| Necesidad | Solución habitual |
|---|---|
| Motor pequeño, red robusta, par normal | Arranque directo |
| Reducir la corriente, sin carga pesada al arrancar | Estrella-triángulo |
| Suavizar arranque y paradas (bombas, ventiladores, cintas ligeras), sin regular velocidad | Arrancador estático |
| Regular velocidad, arrancar cargas pesadas con poca corriente, ahorrar energía | Variador de frecuencia |
Y recuerda el límite del REBT: la ITC-BT-47 limita la relación entre corriente de arranque y nominal (1,5 para motores de más de 15 kW; véase arranque y caída de tensión). Un variador la cumple con holgura; un arrancador suave exige limitar la corriente.
Resumen
- El arrancador estático reduce corriente y par de forma simultánea (par con el cuadrado de la tensión), sin regular velocidad.
- El variador da poca corriente y mucho par y regula la velocidad, pero introduce armónicos, EMC y esfuerzos de aislamiento.
- Con variador: cable apantallado, filtro EMC, reactancia de entrada, diferencial tipo B.
Contenido orientativo: los valores de corriente y par son típicos de un motor de referencia y varían con el motor y el equipo; los valores de distorsión armónica proceden de la práctica habitual. Consulte los datos del fabricante del variador y del motor.