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En grandes industrias como la siderúrgica, la minería y la ingeniería química, se utilizan ampliamente motores de CA con potencias que van desde varios cientos de kilovatios hasta varios megavatios. Sin embargo, su proceso de arranque rara vez adopta directamente el método de "arranque a plena tensión"; en su lugar, generalmente se utilizan arrancadores suaves. ¿Por qué estos grandes motores de CA no pueden arrancar directamente con la corriente, como los pequeños motores domésticos? ¿Qué papel crucial desempeña el arrancador suave en el proceso de arranque?
La razón principal por la que los grandes motores de CA industriales necesitan arrancadores suaves radica en la contradicción entre sus propias características de arranque y el sistema de alimentación industrial. Los arrancadores suaves solucionan los múltiples riesgos del arranque a plena tensión ajustando con precisión los parámetros de arranque, que pueden analizarse desde tres dimensiones: el propio motor, el sistema de alimentación y el proceso de producción.
1. Suprimir la corriente de entrada de arranque y proteger los devanados y el aislamiento del motor.
La corriente de arranque (también conocida como corriente de irrupción) de un motor de CA es de 5 a 7 veces su corriente nominal. Esta característica se deriva del principio electromagnético en el momento del arranque: al arrancar, el rotor aún no ha girado, la velocidad a la que los devanados del estator cortan el campo magnético es cero y no se puede establecer la fuerza contraelectromotriz. En este momento, los devanados dependen únicamente de su propia resistencia para limitar la corriente, y la resistencia de CC de los devanados del motor suele ser extremadamente baja, lo que provoca una sobrecorriente brusca. En motores pequeños (como los motores de ventiladores de varios cientos de vatios), esta breve corriente de irrupción no causa daños evidentes. Sin embargo, los cables de devanado de los motores grandes son más gruesos y tienen más espiras, y la elevada corriente de irrupción genera una fuerte fuerza eléctrica, que puede causar deformación del devanado y rotura local de la capa de aislamiento. Al mismo tiempo, el efecto térmico de la corriente provoca un aumento instantáneo de la temperatura del devanado, acelerando el envejecimiento del aislamiento y acortando la vida útil del motor.
Los arrancadores suaves aumentan gradualmente la tensión aplicada a los devanados del estator del motor mediante componentes electrónicos de potencia como tiristores e IGBT, lo que hace que la velocidad del rotor aumente lentamente y la fuerza contraelectromotriz se establezca gradualmente en consecuencia. De esta forma, la corriente de arranque se controla dentro de un rango de 1,5 a 2,5 veces la corriente nominal, evitando daños en la estructura y el aislamiento del motor causados por el impacto de la corriente.
2. Estabilizar el voltaje de la red eléctrica y evitar afectar el funcionamiento de otros equipos
La corriente de arranque a plena tensión de los grandes motores de CA industriales puede alcanzar miles o incluso decenas de miles de amperios. Una corriente tan elevada provocará una caída de tensión significativa en la impedancia de la línea de alimentación. Según la ley de Ohm, la caída de tensión de la línea ΔU = I × R (I es la corriente de arranque, R es la impedancia de la línea). Una caída de tensión importante en poco tiempo provocará una caída repentina de la tensión de la red en todo el taller o incluso en la fábrica. Esta fluctuación de tensión tendrá graves consecuencias para otros equipos de la misma red eléctrica: los instrumentos de precisión pueden presentar errores de medición o apagarse debido a la inestabilidad de la tensión; los sistemas de iluminación se atenuarán instantáneamente; otros motores pueden pararse por tensión insuficiente y quemar los devanados. En entornos industriales con cargas sensibles (como sistemas de control PLC y convertidores de frecuencia), las fluctuaciones graves de la tensión de la red también pueden causar fallos en el sistema de control y provocar accidentes de producción.
Al ajustar suavemente el voltaje de salida, el arrancador suave hace que la corriente de arranque aumente lentamente, reduciendo efectivamente el impacto de la corriente de arranque en la red eléctrica, controlando la caída de voltaje de línea dentro del rango permitido (generalmente no excede el 10%) y asegurando la estabilidad del voltaje de la red y el funcionamiento normal de otros equipos eléctricos.
3. Alivio del impacto mecánico y protección del sistema de transmisión y del proceso de producción.
Los grandes motores de CA suelen accionar cargas pesadas como ventiladores, bombas de agua, trituradoras y cintas transportadoras. Durante el arranque a plena tensión, la velocidad del motor salta instantáneamente desde la parada hasta la velocidad nominal, lo que provoca un fuerte impacto mecánico en el equipo de carga. Este impacto afecta a los componentes de la transmisión, como acoplamientos, reductores y rodamientos, provocando un desgaste severo, aflojamiento o incluso rotura de los componentes, lo que aumenta los costes de mantenimiento y el tiempo de inactividad del equipo. Al mismo tiempo, el impacto mecánico también afecta a la estabilidad del proceso de producción: por ejemplo, en la producción química, el arranque repentino de una bomba de agua puede provocar un aumento repentino de la presión en la tubería, provocando su rotura o fugas; en la minería, el impacto instantáneo de una trituradora puede causar un bloqueo del material y afectar a la eficiencia de la producción.
El arrancador suave hace que la velocidad del motor aumente suavemente desde 0 y el equipo de carga arranca lentamente en consecuencia, evitando la aparición de impacto mecánico, prolongando la vida útil del sistema de transmisión y asegurando la continuidad y estabilidad del proceso de producción.
Resumen
El arrancador suave de grandes motores de CA industriales no es un equipo auxiliar prescindible, sino un dispositivo esencial para resolver la contradicción entre las características de arranque del motor y el sistema industrial. Mediante sus tres funciones principales: suprimir el impacto de la corriente, estabilizar la tensión de la red eléctrica y mitigar el impacto mecánico, no solo protege el funcionamiento seguro del motor y los equipos relacionados, sino que también garantiza la estabilidad del proceso de producción. Es una garantía importante para el funcionamiento seguro y eficiente de los motores de CA en grandes entornos industriales.
