Autotransformador como método de arranque para motores

Introducción.
Se denomina arranque el proceso de puesta en marcha de una máquina eléctrica. En un motor asíncrono o de inducción para que esto pueda llevarse a cabo es preciso que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga; de esta forma se obtiene un momento de aceleración que obliga a girar el rotor a una velocidad cada vez más elevada, obteniendo el régimen permanentecuando se igualan pares motor y resistente.
El proceso de arranque va acompañado de un consumo elevado de corriente, lo que está justificado desde el punto de vista de circuito equivalente, ya que la resistencia de carga es nula en el instante inicial, debido a que el deslizamiento es la unidad, por lo que el motor ofrece una baja impedancia, estando prácticamente en cortocircuito.
Para reducir lascorrientes en el momento de la puesta en marcha de un motor se emplean métodos especiales de arranque.
En este trabajo se citarán métodos alternativos de arranque, pero se concentrará especialmente en el empleo de autotransformadores.

Objetivos.
Dispositivos y métodos de arranque para motores eléctricos de inducción disponibles comercialmente.
Descripción del autotransformador.Desarrollo.
Existen varios métodos de arranque de motores de inducción como pueden ser:
Arranque directo.
Arranque a tensión reducida por resistencia o reactancia en el primario.
Arranque estrella –triángulo.
Arranque con devanados divididos.
Arranque por autotransformadores.

El arranque por autotransformadores a tensión reducida, también denominados compensadores consiste en intercalar unautotransformador entre la red y el motor, de tal forma que la tensión aplicada en el arranque sea sólo una fracción de la asignada. El proceso puede realizarse en dos o tres escalones y con tensiones no inferiores al 40, 60 y 75% de la tensión de la línea. En la figura 1 se muestra un arranque por autotransformador, con dos etapas de tensión. En la posición 1 del conmutador se alimenta elautotransformador con la tensión de la red, aplicando al motor solamente una fracción de ésta tensión de la red (etapa de arranque). Cuando la máquina ha aumentado de velocidad hasta un valor adecuado, cercano al asignado, el conmutador se pasa a la posición 2, lo que eleva la tensión que llega al motor y éste sigue aumentando la velocidad. Finalmente se pasa el conmutador a la posición 3, de tal formaque la tensión de la red que directamente aplicada al estator del motor.


Fig. 1.

Si se tiene en cuenta que el par varía con el cuadrado de la tensión aplicada en el momento de la puesta en marcha del motor, la relación entre el par de arranque con autotransformador T_(a,aut) y el que se obtiene en condición directa T_a será:

T_(a,aut) = x^2 T_a

Donde “x” indica lafracción de tensión, respecto a la asignada, que se aplica con autotransformador. Por ello si se aplica un tensión del 70% de la asignada el par de arranque con autotransformador es el 49% del par con arranque directo. De aquí se desprende que este método de puesta en marcha solamente es posible en los casos en que el par resistente ofrecido por la carga no sea muy elevado.
Para observar lareducción de la corriente de arranque con este procedimiento, en la figura 2a se muestra el circuito equivalente del motor en esas condiciones. La corriente de arranque con la tensión asignada aplicada V_1red tendrá una magnitud:

I_1cc= V_1red/Z_cc ; Z_cc= √(R_cc^2+ X_cc^2 )

y la corriente de arranque en el motor, con una tensión V_1motor= xV_1red, será:

I_(a motor)=(xV_1red)/Z_cc=xI_cc
que corresponde a una corriente en la red, primario del autotransformador (ver figura 2b):

I_a=xI_(a motor)=x^2 I_cc

Por ejemplo, si la tensión aplicada es el 70% de la asignada la corriente en la red es el 49% de la que se obtendría con arranque directo.
Fig. 2.

El Autotransformador
Principio de Funcionamiento
El autotransformador puede ser considerado...