Los motores eléctricos tienen muchas aplicaciones en edificios residenciales, comerciales e industriales. Sin embargo, los motores deben contar con controles y protecciones adecuadas para asegurar una larga vida útil y un correcto funcionamiento. Cuando los motores arrancan a pleno voltaje, la alta corriente de arranque y el par de arranque pueden acortar su vida útil. Se utilizan varios métodos de arranque para proteger los motores contra esto, incluidos arrancadores suaves y variadores de frecuencia (VFD).
Los arrancadores no sólo protegen los motores, sino también otros dispositivos eléctricos y componentes mecánicos:
- Las cargas del motor no están expuestas a un par de arranque repentino.
- Otros dispositivos eléctricos no están expuestos a caídas de voltaje debido a la corriente de entrada.
Al comparar un arrancador suave y un VFD, no es posible decir que un dispositivo sea mejor que el otro. Un arrancador suave está diseñado exclusivamente para arrancar motores a voltaje reducido, mientras que un VFD también puede controlar la velocidad de un motor en funcionamiento. Para una potencia de motor determinada, un VFD es más caro debido a sus funciones adicionales. Usar un VFD para un motor que no requiere control de velocidad es una pérdida de dinero.
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Este artículo comparará arrancadores suaves y VFD, mencionando algunas aplicaciones adecuadas para cada dispositivo. Ambos dispositivos utilizan electrónica de potencia, pero sus componentes internos son diferentes.
¿Cuándo utilizar un arrancador suave?
Un arrancador suave utiliza un conjunto de seis tiristores, o rectificadores controlados por silicio (SCR), para reducir la corriente de arranque y el par de un motor trifásico. Un tiristor puede describirse como una “válvula” electrónica que solo permite corriente en una dirección y solo cuando se aplica una señal de control. Se requieren seis tiristores para energía trifásica, ya que tres voltajes de CA alternan polaridad a 60 Hz; se requieren dos tiristores por fase, cada uno para una polaridad diferente.
Cuando un motor eléctrico utiliza un arranque suave, los seis tiristores se utilizan como válvulas que limitan la tensión trifásica. En lugar de aplicar la tensión nominal de una sola vez, el arrancador suave corta parte de la forma de onda de tensión y esto limita la corriente y el par de arranque.
El circuito SCR utilizado por un arrancador suave puede limitar el voltaje, pero la frecuencia permanece en 60 Hz. Dado que la velocidad de un motor en funcionamiento depende de la frecuencia, un arrancador suave no puede reducir las rpm. Sin embargo, esto no supone un problema en aplicaciones donde el motor se utiliza siempre a máxima velocidad.
Los arrancadores suaves son útiles cuando los motores impulsan cargas grandes que requieren alta corriente y par para comenzar a girar. Estas cargas incluyen máquinas industriales, ventiladores recolectores de polvo y sistemas de bombeo de flujo constante.
¿Cuándo utilizar un variador de frecuencia?
Como se mencionó anteriormente, un VFD puede controlar tanto el voltaje como la frecuencia aplicada a un motor eléctrico. Esto significa que un VFD se puede utilizar como arrancador, pero también puede reducir la velocidad en aplicaciones donde cambia la carga de trabajo del motor. El control de tensión y frecuencia es posible gracias a un proceso de tres pasos:
- El suministro de voltaje CA se convierte a CC con un rectificador.
- Luego, la señal de CC se filtra para mejorar la calidad de la energía.
- Finalmente, un inversor convierte la energía CC a CA al voltaje y frecuencia requeridos.
Debido a que un VFD controla el voltaje y la frecuencia, también puede ajustar la relación V/Hz, que determina el par. Reducir el voltaje de un motor en funcionamiento normalmente provocará corrientes más altas y sobrecalentamiento, lo que perjudica el rendimiento y la vida útil. Sin embargo, cuando se reducen el voltaje y la frecuencia, un motor eléctrico puede ralentizarse sin consecuencias negativas.
Los VFD son útiles cuando los motores tienen cargas de trabajo variables y los ahorros de energía de más del 20 % son comunes con la reducción de velocidad. Por ejemplo, un VFD puede reducir el sistema de bombeo de un edificio cuando el uso de agua es bajo o puede reducir las tasas de ventilación cuando la ocupación es baja. En ambos casos, existe una gran oportunidad de ahorrar energía.
Conclusión
Cuando los motores arrancan a pleno voltaje, la alta corriente de arranque y el par de arranque pueden dañarlos a ellos y a otros componentes. Los arrancadores suaves y los VFD reducen la corriente de arranque al limitar el voltaje, pero también existen diferencias importantes entre estos dispositivos.
Los ingenieros eléctricos recomiendan arranques suaves cuando los motores solo necesitan un sistema de arranque y VFD cuando los motores también necesitan control de velocidad durante el funcionamiento. Un arrancador suave no puede ahorrar energía al desacelerar un motor con carga variable, y un VFD desperdicia su capacidad de control de velocidad cuando se usa solo como arrancador.
