2 Maneras básicas de realizar un Arranque de Motor Trifásico con Conexión Estrella-Triángulo

El arranque de motores trifásicos es un proceso esencial en la industria, ya que permite que los motores grandes se pongan en marcha de manera segura y eficiente. Uno de los métodos más populares para reducir el estrés en el sistema eléctrico y en el motor durante el arranque es la conexión estrella-triángulo. En este artículo, te guiaré paso a paso para entender cómo funciona este método, sus componentes, ventajas, desventajas y cómo implementarlo en un circuito.

¿Qué es la Conexión Estrella-Triángulo?

La conexión estrella-triángulo es un método de arranque para motores trifásicos que reduce la corriente de arranque de forma significativa. Durante el arranque, el motor se conecta en estrella (Y), lo que limita la tensión aplicada a las bobinas a 1/√3 de la tensión nominal. Después de unos segundos, el motor se cambia a la configuración triángulo (Δ), aplicando la tensión completa y permitiendo que el motor funcione a su capacidad nominal.

Este proceso reduce el estrés en los componentes eléctricos y mecánicos, ayudando a prolongar la vida útil del motor y del sistema en su conjunto.

Componentes Principales del Circuito

1. Motor trifásico: Es el equipo que vamos a controlar, que puede ser de diferentes potencias, dependiendo de la aplicación.
2. Contactor de estrella: Conecta el motor en configuración estrella durante el arranque.
3. Contactor de triángulo: Conecta el motor en configuración triángulo después del arranque.
4. Temporizador: Define el tiempo que el motor estará en configuración estrella antes de cambiar a triángulo. Suele estar ajustado entre 5 y 10 segundos.
5. Relé térmico: Protege el motor contra sobrecalentamientos y fallos eléctricos, cortando la corriente en caso de que se exceda la temperatura límite.
6. Pulsadores de arranque y parada: Son los botones de control manual del circuito, uno para iniciar y otro para detener el arranque.

Funcionamiento del Circuito

1. Arranque en estrella: Al presionar el botón de arranque, se activa el contactor de estrella. Esto conecta las bobinas del motor en configuración estrella, lo que reduce la tensión en los devanados y limita la corriente de arranque.
2. Cambio a triángulo: Después de que el temporizador llega a su tiempo preestablecido, el circuito cambia automáticamente al contactor de triángulo, conectando el motor en su configuración nominal.
3. Funcionamiento normal: En este punto, el motor ya está funcionando a plena potencia, y la corriente se ha estabilizado en su nivel de operación normal.

Ventajas del Arranque Estrella-Triángulo

• Reducción de la corriente de arranque: Limita el pico de corriente inicial, lo que protege tanto la red eléctrica como el motor.
• Prolonga la vida útil del motor: Al evitar arranques bruscos, se reduce el desgaste mecánico y eléctrico.
• Eficiencia energética: Menor consumo durante el arranque.

Desventajas

• No es adecuado para todos los motores: Solo se puede usar en motores diseñados para una conexión estrella-triángulo. No es adecuado para motores que necesitan un alto par de arranque.
• Complejidad del circuito: Requiere una mayor cantidad de componentes y más espacio en el panel de control.
• Transición abrupta: En algunos casos, el cambio de estrella a triángulo puede causar un pequeño salto de corriente, afectando el sistema.

Como arrancar Manualmente el Motor Trifásico con Conexión Estrella-Triángulo: Paso a Paso

En ocasiones es posible que no cuentes con todos los elementos que sincronizan de manera automática el arranque estrella-triangulo y tendrías que hacerlo manualmente aunque sea por un tiempo.

Supongamos que el PLC ó Relé Temporizado se dañan y necesitas mantener en marcha el Proceso el cual es simple por lo cual los riesgos asociados son muy bajos.

En el caso del arranque automático el cambio lo hace la logica de un PLC ó un rele temporizado sin embargo en este caso se realiza mediante un pulsador. A continuación algunos detalles:

Componentes del Circuito

Para este arranque manual, necesitarás los siguientes componentes:

1. Motor trifásico: El motor que deseamos arrancar de forma segura.
2. Contactor de estrella: Se activa en la fase inicial para la conexión estrella.
3. Contactor de triángulo: Conecta el motor en triángulo una vez que el motor está en marcha.
4. Pulsador de arranque (enclavado): Inicia el arranque en estrella y mantiene el circuito activo.
5. Pulsador doble (cambio a triángulo): Permite manualmente el cambio de estrella a triángulo.
6. Relé térmico: Protege al motor de sobrecargas, cortando la corriente si se detecta un exceso de temperatura.
7. Pulsador de parada: Detiene el motor en cualquier momento.

Funcionamiento del Circuito Manual

1. Arranque en Estrella (Manual)

• Al presionar el pulsador de arranque (que está enclavado), se activa el contactor de estrella. Esto conecta las bobinas del motor en la configuración estrella, donde la tensión en cada bobina es reducida a 1/√3 de la tensión de línea. Esto limita la corriente de arranque y protege tanto el motor como el circuito de picos de corriente.
• El pulsador enclavado permite que el contactor de estrella permanezca activado, y el motor comience a acelerar en esta configuración.

2. Cambio a Triángulo (Manual)

• Una vez que el motor haya alcanzado una velocidad adecuada (lo que puede tomar unos segundos), debes presionar el pulsador doble para hacer el cambio a triángulo. Este pulsador desactiva el contactor de estrella y activa el contactor de triángulo. Esto conecta el motor en su configuración nominal, aplicando la tensión completa a las bobinas.
• En este punto, el motor ya está funcionando a plena potencia, y la corriente se ha estabilizado en su nivel de operación normal.

3. Protección con Relé Térmico

• Durante todo este proceso, el relé térmico está monitoreando la corriente que fluye a través del motor. Si el motor trabaja más allá de su capacidad o se produce una sobrecarga, el relé térmico abrirá el circuito, protegiendo al motor contra daños graves por sobrecalentamiento.
• El relé térmico es un componente crucial en cualquier circuito de control de motores, ya que asegura que el motor esté protegido de fallos inesperados.

Diagrama Simplificado

Imagina el siguiente flujo de control en el circuito:

Motor opera a plena potencia.

Presionas el pulsador de arranque -> Conexión estrella activa.

Motor arranca con baja tensión.

Presionas el pulsador doble -> Cambio a triángulo.

¿Pero? ¿Hay alguna manera de optimizar el arranque del Motor?

Si, para evitar las desventajas del arranque en conexión estrella-triángulo usando arreglo de contactores, la mejor opción sería optar por un arrancador suave (soft starter) o un variador de frecuencia (VFD). Estas alternativas ofrecen un control más preciso y eficiente del arranque y funcionamiento de motores trifásicos. A continuación te explico por qué son opciones superiores:

1. Arrancador Suave (Soft Starter)

Un arrancador suave es un dispositivo electrónico que controla el voltaje aplicado al motor durante el arranque y la parada, evitando picos de corriente y reduciendo el esfuerzo mecánico.

Ventajas:

• Arranque gradual: A diferencia del arranque estrella-triángulo, donde el motor pasa de baja a alta tensión de manera abrupta, un arrancador suave aumenta gradualmente el voltaje, logrando un arranque suave sin saltos en la corriente.
• Protección mejorada: Muchos arrancadores suaves incluyen protecciones adicionales como monitoreo de sobrecarga, sobretemperatura, y detección de fallos, lo que aumenta la seguridad del motor y del sistema eléctrico.
• Elimina la necesidad de pulsadores manuales: Todo el proceso es automático, lo que significa que no es necesaria la intervención constante de un operador.
• Espacio reducido: Un arrancador suave suele ocupar menos espacio que un circuito estrella-triángulo con varios contactores y temporizadores.

Desventajas:

• No controla la velocidad: Aunque regula el arranque y parada, no permite un control continuo de la velocidad del motor. Si se necesita un control de velocidad, el variador de frecuencia sería mejor.

2. Variador de Frecuencia (VFD)

Un variador de frecuencia (VFD) es un dispositivo que controla tanto la velocidad como el par del motor trifásico, ajustando la frecuencia y el voltaje suministrado al motor. Este es ideal si buscas una solución más avanzada.

Ventajas:

• Control total de la velocidad: El VFD permite ajustar la velocidad del motor de manera continua, lo que es ideal para aplicaciones donde el motor no necesita funcionar siempre a su máxima velocidad.
• Mayor eficiencia energética: Al ajustar la velocidad del motor según la demanda, los VFD reducen el consumo de energía, lo que puede generar ahorros significativos en aplicaciones donde el motor no necesita funcionar a plena capacidad todo el tiempo.
• Arranque suave y protección integral: Como el arrancador suave, los VFD también permiten un arranque y parada suaves, protegiendo tanto el motor como la red eléctrica de picos de corriente. Además, proporcionan protección avanzada contra sobrecargas, sobrecalentamientos, y otros fallos.
• Menor estrés mecánico: La capacidad de controlar la aceleración y desaceleración del motor reduce el desgaste en los componentes mecánicos, prolongando la vida útil del sistema.

Desventajas:

• Mayor costo inicial: Los VFD suelen ser más costosos que los arrancadores suaves y los circuitos estrella-triángulo. Sin embargo, a largo plazo, los ahorros energéticos y la protección del motor pueden compensar esta inversión.
• Mayor complejidad: Requieren conocimientos más avanzados para su configuración y mantenimiento, aunque muchas empresas ofrecen soporte técnico y capacitación para su uso.

Haz tu Propio arrancador

Ahora que entiendes cómo funciona la conexión estrella-triángulo y por qué es una excelente opción para arrancar motores trifásicos, te invito a que pruebes diseñar tu propio circuito o implementarlo en tus proyectos. Si tienes alguna duda o necesitas ayuda para empezar, no dudes en contactarme para una asesoría gratuita. Estoy aquí para ayudarte a optimizar tus procesos y llevar tus proyectos al siguiente nivel.

Conclusión

Si tu prioridad es evitar la intervención manual y minimizar las desventajas del arranque estrella-triángulo, la mejor opción sería el arrancador suave por su simplicidad, protección y espacio reducido. Sin embargo, si además necesitas un control de velocidad continuo y optimizar el consumo energético, el variador de frecuencia es la alternativa más avanzada y versátil.

Ambas opciones automatizan el proceso de arranque y protegen mejor el motor, eliminando los puntos débiles del sistema manual estrella-triángulo.