Dado que los motores síncronos pueden mantener una velocidad constante bajo cualquier carga, se utilizan con frecuencia en entornos industriales. Sin embargo, su arranque presenta dificultades, ya que requiere un método para alcanzar la velocidad de sincronismo antes de que se conecten a la red. Esto se debe a que, a diferencia de los motores de inducción, los motores síncronos no arrancan de forma natural a velocidad de sincronismo. Se emplean diversos métodos para arrancar estos motores de forma segura y eficiente.

Este artículo explorará los cuatro métodos principales de arranque de motores síncronos, explicando su funcionamiento, sus ventajas y dónde se utiliza con mayor frecuencia. Los métodos incluyen:

• Arranque directo en línea (DOL)
• Arranque de autotransformador
• Arranque estrella-triángulo
• Arranque de rotor bobinado (anillo colector)

Ahora, analicemos cada estrategia a fondo.

Inicio directo en línea (DOL)

Cómo funciona:

La técnica más sencilla y utilizada para arrancar un motor síncrono es el método directo en línea (DOL). Con este método, el motor se conecta inmediatamente a la tensión de alimentación al pulsar el botón de arranque.

El rotor del motor está inicialmente estacionario y, una vez que la corriente fluye a través del estator, el rotor experimenta un par que lo acelera hasta alcanzar la velocidad síncrona. En los motores síncronos, una vez que el rotor alcanza la velocidad síncrona, el motor puede acoplarse a la red y comenzar a funcionar a plena capacidad.

Ventajas

• Simplicidad: El método DOL es fácil de implementar y requiere un mínimo de componentes eléctricos.
• Rentabilidad: Al no requerir equipos adicionales, este método es rentable.
• Inicio rápido: El motor alcanza la velocidad síncrona casi inmediatamente después de la conexión.

Desventajas

• Alta corriente de entrada: Al arrancar, se produce una gran corriente de entrada, lo que puede causar tensión en la red eléctrica y el motor.
• Aplicación limitada: El arranque directo (DOL) es más adecuado para motores síncronos pequeños con baja potencia nominal (normalmente por debajo de 5 HP).

Solicitud

Este método se utiliza comúnmente en motores síncronos pequeños en aplicaciones donde el requerimiento de potencia del motor es relativamente bajo, como bombas y compresores pequeños.

Arranque por autotransformador

Cómo funciona

El método del autotransformador reduce la tensión aplicada al motor durante el arranque mediante un autotransformador. Esto reduce la corriente de arranque del motor y le proporciona una aceleración regulada.

El transformador se conecta típicamente de tal manera que solo una parte de la tensión de alimentación total se aplica al motor durante el arranque. Una vez que el motor alcanza una velocidad casi síncrona, se desconecta el autotransformador y el motor se conecta directamente a la tensión de alimentación total.

Ventajas

• Corriente de arranque reducida: El método del autotransformador reduce la corriente de arranque a una fracción de la corriente normal, lo que ayuda a prevenir daños en los sistemas eléctricos y otros equipos.
• Aceleración suave: El motor acelera suavemente hasta alcanzar la velocidad síncrona sin las bruscas sobretensiones de par que se producen en el arranque directo.
• Mayor capacidad de potencia: Este método es adecuado para motores más grandes que requieren una mayor potencia nominal.

Desventajas

• Costo: El autotransformador es un equipo adicional, lo que incrementa el costo.
• Limitación de tamaño: Con este método se reduce el par de arranque del motor, lo cual puede no ser ideal para motores que requieren un par de arranque elevado.

Solicitud

Este método se utiliza a menudo para motores síncronos de tamaño mediano a grande, generalmente en entornos industriales como cintas transportadoras, molinos y bombas grandes, donde la demanda de potencia es mayor y se debe limitar la corriente de entrada.

Arranque estrella-triángulo

Cómo funciona

En el método Estrella-Triángulo, el devanado del estator del motor se conecta primero en estrella para reducir la tensión. Los devanados del estator cambian a delta cuando el motor alcanza una velocidad específica. El motor puede funcionar a su máxima capacidad al aumentar la tensión cambiando de estrella a delta.

El motor arranca inicialmente en estrella, donde la tensión de fase se reduce en un factor de √3, lo que a su vez reduce la corriente de arranque. El motor funciona a plena tensión y corriente después de cambiar los devanados a delta a una velocidad específica.

Ventajas

• Corriente de arranque reducida: Al igual que el método del autotransformador, el método estrella-triángulo también ayuda a reducir la corriente de entrada al aplicar una tensión reducida durante el arranque.
• Simplicidad: Es más fácil y económico de implementar que un autotransformador, ya que solo requiere un interruptor de conmutación y cableado adicional.
• Ampliamente utilizado: Este método se utiliza comúnmente en la industria para motores de alta potencia.

Desventajas

• Par de arranque reducido: El par de arranque en la configuración en estrella es menor que en la configuración delta, lo que podría no ser ideal para aplicaciones que requieren un par de arranque elevado.
• Complejidad de conmutación: Cambiar de estrella a delta en el momento adecuado requiere un control preciso, y si el cambio se realiza demasiado pronto o demasiado tarde, podría resultar en un funcionamiento ineficiente.

Solicitud

El método Estrella-Triángulo se utiliza frecuentemente en motores de gran tamaño, especialmente en industrias como cementeras, tratamiento de aguas y maquinaria pesada, donde el tamaño del motor puede ser muy grande y la reducción de la corriente durante el arranque es crucial.

Arranque con Rotor Bobinado (Anillos Rozantes)

Cómo funciona

El método de rotor bobinado utiliza un rotor con un bobinado trifásico, en lugar del rotor de jaula de ardilla convencional. Al arrancar, la resistencia en el circuito del rotor es alta, lo que reduce la corriente de arranque. La velocidad del rotor aumenta gradualmente a medida que las resistencias externas se cortocircuitan gradualmente, permitiendo finalmente que el motor alcance la velocidad síncrona.

Una vez que el motor alcanza la velocidad síncrona, el circuito del rotor se cortocircuita completamente y el motor continúa funcionando a plena tensión y corriente. Este método es ideal para aplicaciones que requieren un par elevado, ya que ofrece un gran control sobre la corriente y el par iniciales.

Ventajas

• Par de arranque variable: El par de arranque puede modificarse gracias a las resistencias externas, lo cual resulta ventajoso en aplicaciones con cargas elevadas.
• Arranque suave: Este método garantiza una aceleración suave sin una corriente de entrada elevada.
• Alta potencia de arranque: Este método permite arrancar grandes motores síncronos con requisitos de par elevados.

Desventajas

• Complejidad y costo: El uso de anillos colectores y resistencias externas incrementa el costo y la complejidad del sistema.
• Mantenimiento: El mantenimiento adecuado de las escobillas y los anillos colectores es esencial para un rendimiento óptimo.

Solicitud

Este método se utiliza habitualmente para motores síncronos de alta potencia en industrias como la siderurgia, trituradoras y molinos, donde se requiere un par de arranque elevado.

Comparación de métodos

A continuación, se presenta un cuadro comparativo que resume los aspectos clave de cada método de arranque:

Método	Corriente de arranque	Par de arranque	Costo	Adecuación	Mantenimiento
Arranque directo en línea	Alto	Alto	Bajo	Motores pequeños (hasta 5 HP)	Bajo
Autotransformador	Reducida	Medio	Moderado	Motores medianos a grandes (5 HP a 500 HP)	Bajo
Estrella-triángulo	Reducida	Bajo	Bajo	Motores grandes en la industria general	Moderado
Rotor bobinado	Baja	Ajustable	Alto	Motores de servicio pesado (500 HP o más)	Alto

 

Conclusión

El método utilizado para arrancar un motor síncrono, como bien sabe un fabricante de motores síncronos, depende en gran medida del tamaño del motor, su requerimiento de potencia y las necesidades operativas de la aplicación. Los motores más pequeños con menor potencia nominal suelen utilizar el método directo en línea (DOL), mientras que los motores más grandes y con mayor consumo de energía se benefician de métodos como el arranque por autotransformador, estrella-triángulo o rotor bobinado. Cada método ofrece ventajas únicas para controlar la corriente de arranque y proporcionar el par necesario para que el motor alcance la velocidad síncrona.

En la práctica, seleccionar el método de arranque adecuado garantiza la protección del motor, a la vez que optimiza el consumo de energía y el rendimiento.