Corriente de arranque

La magnitud de la corriente de arranque en los motores trifásicos de inducción no depende de la carga.

Siguiendo el principio de funcionamiento del motor trifásico de inducción, los devanados trifásicos del estator alimentados por corrientes trifásicas producen un campo magnético giratorio de magnitud constante. Este campo giratorio al cortar a los conductores a una velocidad constante induce voltaje en ellos. Como los conductores del rotor están cortocircuitados, se tiene un flujo de corriente debido al voltaje inducido. Este flujo de corriente produce un campo magnético que interactúa con el campo magnético giratorio producido por los devanados del estator, se presenta una fuerza (fuerza de Lorentz) que provoca el par en el rotor. Si el motor tiene carga o no, se sigue cumpliendo este principio con las mismas constantes de campo magnético, velocidad, voltaje inducido, impedancia en el rotor y corriente demandada por el motor en el momento del arranque.

Medición de la corriente de arranque

1.1 Conexión del motor

En la caja de conexión de los motores se tienen las terminales de los embobinados a conectar. Los fabricantes de motores adoptan las normas de marcación de terminales siguiendo ya sea la normativa NEMA o IEC. Cabe señalar que la mayoría de motores se fabrican para tener la posibilidad de poder conectarse a dos voltajes de servicio simplemente modificando su conexión pero sin modificar su funcionamiento. Las características de las terminales en cada normatividad son:

NEMA. En los motores con norma NEMA, los cables son marcados con números desde el 1 hasta el 12. Los voltajes de servicio tienen una relación de conexión 1/2, ejemplo: 220/440 V.
IEC. En los motores con norma IEC, los cables se identifican con una combinación de letras (U, V, W) y números (del 1 al 6). Anteriormente, los principios de los extremos se marcaban con U, V y W, y los extremos finales de las bobinas correspondientes con X, Y y Z. Los voltajes de servicio tienen una relación de conexión 1/√3, ejemplo: 220/380 V.

La cantidad de terminales de conexión varía en función del diseño realizado por el fabricante y no está relacionada con el número de polos. Los motores pueden tener 3, 6, 9 o 12 terminales de conexión. Se dejan para un análisis posterior los motores de características especiales (polos consecuentes, devanados separados, etc.). Con las distintas configuraciones de conexiones se busca que siempre se aplique el mismo voltaje a cada devanado del motor, si el tipo de conexión para un voltaje específico es incorrecto, el devanado puede dañarse.

Motor con 3 terminales

Cuando el motor tiene 3 terminales, el motor es energizado con solo un voltaje de alimentación, interiormente se tienen las conexiones correspondientes para el funcionamiento adecuado. Como indica la Fig. 1, según la secuencia de fases conectada, el motor girará en sentido de las manecillas del reloj (secuencia positiva) viendo la flecha de frente o en sentido opuesto (secuencia negativa).

Fig. 1 Conexión de motor para ambos sentidos de giro viendo la flecha de frente

Motor con 6 terminales

Los motores de 6 terminales tienen disponibles las dos terminales de las 3 bobinas que se pueden conectar en Y o en Δ. La secuencia de numeración para la configuración se inicia indicando las entradas de las bobinas en una espiral en sentido de las manecillas del reloj y posteriormente indicando las salidas de las bobinas en el mismo orden que se etiquetaron las entradas tanto para la conexión Y como para la conexión Δ (ver Fig. 2a y Fig. 2c respectivamente). Note que las bobinas, independientemente de la conexión, están numeradas con 1-4, 2-5 y 3-6.

Fig. 2 Motor de 9 terminales a) numeración de Y, b) conexión Y, c) numeración 𝛥, d) conexión 𝛥

En motores de 6 terminales, la conexión en estrella se utiliza cuando la máquina va a conectarse al voltaje más elevado de placa y la conexión en delta cuando va a conectarse al voltaje más bajo de placa, teniendo como peculiaridad que en las dos conexiones a cada bobina se le suministra el mismo voltaje (Fig. 3), por lo que se tiene el mismo flujo de corriente, el mismo flujo magnético y el mismo par. Si, por ejemplo, el voltaje de alimentación en la placa es 220/380 V, la conexión para el bajo voltaje de placa (220 V) es delta y la conexión para el alto voltaje de placa (380 V) es estrella, de manera que el voltaje en cada bobina es de 220 V.

Si se utiliza la conexión Y a 220 V, cada bobina recibe 127 V (Fig. 3), como el par depende del cuadrado del voltaje aplicado, en esta condición el motor suministra 1/3 del par. Esto provoca que el motor demande más corriente en operación, lo que podría llegar a dañar al motor. Sin embargo, en condición de arranque es muy utilizada para reducir la magnitud de la corriente de arranque.

Si se utiliza la conexión Δ para el voltaje alto de placa (marcada con una x en la Fig. 3), el devanado termina quemándose debido a la alta corriente por suministrar más voltaje y por saturación del material ferromagnético.

Fig. 3 Conexiones correctas para motores de 6 terminales

Motor con 9 terminales (configuración Y)

Los motores de 9 terminales tienen disponibles las dos terminales de 3 bobinas (una por fase) y las tres terminales de una estrella, se pueden conectar en Y serie y en YY paralelo. La secuencia de numeración para la configuración se inicia indicando las entradas de las bobinas independientes de cada fase en una espiral en sentido de las manecillas del reloj, posteriormente indicando sus salidas correspondientes en el mismo orden que se etiquetaron las entradas y por último indicando las terminales de la estrella interna, respetando las fases correspondientes con las bobinas previamente marcadas (ver Fig. 4a).

Fig. 4 Motor de 9 terminales a) numeración de Y, b) conexión YY paralelo, c) conexión Y serie

En motores de 9 terminales con esta configuración, la conexión en Y serie se utiliza cuando la máquina va a conectarse al voltaje alto y la conexión en YY paralelo cuando va a conectarse al voltaje bajo (ambos de placa), teniendo como peculiaridad que en las dos conexiones a cada bobina se le suministra el mismo voltaje (Fig. 5), por lo que se tiene el mismo flujo de corriente, el mismo flujo magnético y el mismo par. Si, por ejemplo, el voltaje de alimentación en la placa es 220/440 V, la conexión para el bajo voltaje de placa (220 V) es YY paralelo, a cada bobina se le suministra 127 V; la conexión para el alto voltaje de placa (440 V) es Y serie, de manera que el voltaje de fase es 254 V y al dividir el voltaje, por estar en serie dos bobinas por fase, a cada bobina le llega 127 V.

Si se utiliza la conexión Y serie a 220 V, cada bobina recibe 63.5 V, como el par depende del cuadrado del voltaje aplicado, en esta condición el motor suministra 1/4 del par. Esto provoca que el motor demande más corriente en operación, lo que podría llegar a dañar al motor. Debido al bajo par, esta conexión no es práctica.

Si se utiliza la conexión YY paralelo para el voltaje alto de placa (marcada con una x en la Fig. 5), el devanado termina quemándose debido a la alta corriente por suministrar más voltaje y por saturación del material ferromagnético.

Fig. 5 Conexiones correctas para motores de 9 terminales (Y)

Los motores de 9 terminales configuración Δ tienen disponibles las terminales de entrada de 6 bobinas (dos por fase) y tres terminales de salida de 3 bobinas (las restantes están conectadas internamente). Se pueden conectar en Δ serie y en ΔΔ paralelo. La secuencia de numeración para la configuración Δ se inicia indicando las entradas de 3 bobinas, una por fase, en una espiral en sentido de las manecillas del reloj, posteriormente indicando sus salidas correspondientes en el

mismo orden que se etiquetaron las entradas y por último indicando las entradas restantes, respetando las fases correspondientes con las bobinas previamente marcadas (ver Fig. 6a).

Fig. 6 Motor de 9 terminales a) numeración de Δ, b) conexión Δ Δ paralelo, c) conexión 𝛥 serie

En motores de 9 terminales con esta configuración, la conexión en Δ serie se utiliza cuando la máquina va a conectarse al voltaje alto y la conexión en ΔΔ paralelo cuando va a conectarse al voltaje bajo (ambos de placa), teniendo como peculiaridad que en las dos conexiones a cada bobina se le suministra el mismo voltaje (Fig. 7), por lo que se tiene el mismo flujo de corriente, el mismo flujo magnético y el mismo par. Si, por ejemplo, el voltaje de alimentación en la placa es 220/440 V, la conexión para el bajo voltaje de placa (220 V) es ΔΔ paralelo, a cada bobina se le suministra 220 V; la conexión para el alto voltaje de placa (440 V) es Δ serie, de manera que, en cada fase al dividir el voltaje, por estar en serie, a cada bobina le llega 220 V.

Si se utiliza la conexión Δ serie a 220 V, cada bobina recibe 110 V, como el par depende del cuadrado del voltaje aplicado, en esta condición el motor suministra 1/4 del par. Esto provoca que el motor demande más corriente en operación lo que podría llegar a dañar al motor. Debido al bajo par, esta conexión no es práctica.

Si se utiliza la conexión ΔΔ paralelo para el voltaje alto de placa (marcada con una x en la figura), el devanado termina quemándose debido a la alta corriente por suministrar más voltaje y por saturación del material ferromagnético.

Fig. 7 Conexiones correctas para motores de 9 terminales Δ

Motor con 12 terminales

El motor de 12 terminales tiene un par de bobinas por fase donde todas las terminales están disponibles para conectarse. Esto permite llevar a cabo las siguientes conexiones ΔΔ, YY, Δ, Y. que se utilizan para 4 voltajes distintos con la característica de que en todos los casos a cada bobina se le suministra la misma magnitud de voltaje.

Fig. 8 Conexión 12 terminales

Tabla equivalente

En las normas NEMA e IEC, la identificación de las terminales se realiza con distinta nomenclatura, en la tabla siguiente se muestra el equivalente entre los dos.

Tabla 1 Identificación de terminales según la norma