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que la potencia del motor aarrancar suponga un porcentajeimportante de la potencia dispo-nible (situacin tpica cuando setrabaja en isla como es el casode un buque por ejemplo) elarranque en directo podra su-poner la cada de la planta.Otros procedimientos son elarranque estatrico por resisten-cias, el arranque por autotrans-formador. Caso aparte son losmotores que disponen de deva-nados partidos. Modernamente,y para casos concretos, se mon-tan los llamados arrancadoressuaves a base de componentesde estado slido que permitenlimitar la corriente a un valorque se puede ajustar a voluntad,al mismo tiempo se consigueuna aceleracin progresiva, sinbrusquedades (tal como exigepor ejemplo la maquinaria tex-til) y con la posibilidad de arran-carse varios motores en parale-lo. Anlogamente los converti-dores de frecuencia tambinpueden permitir un arranquesuave si bien su principal objetoes la regulacin de la velocidad.Un inconveniente de estos siste-mas, aparte de su precio, es laposible polucin de la lnea porla introduccin de armnicosque ocasiona.

Las tres fases de un devanadotrifsico pueden conectarse entringulo, final de una fase conel principio de la siguiente, conlo cual cada fase est sometida ala tensin de la lnea (tensin

2. Arranque estrella-tringulo

De los motores utilizados en laindustria en general, si se exclu-yen los de potencia fraccionaria,el ms utilizado con gran dife-rencia es el motor trifsico deinduccin con rotor de jaula,por sus innegables ventajas derobustez y economa derivadasde su sencillez de construcciny de no tener elementos elctri-cos de friccin tal como los cl-sicos colectores de delgas o ani-llos de deslizamiento. Dentro desus puntos dbiles sobresale ladificultad de regular su veloci-dad. Otro pequeo inconve-niente es la elevada corriente dearranque que toma de la red sipara su puesta en marcha sim-plemente se conecta, por ejem-plo por medio de un contactor,a la alimentacin. La elevada co-rriente en el arranque est moti-vada a que con velocidades ba-jas (elevado deslizamiento) laimpedancia del rotor es muy ba-ja debido a que la componenteresistiva de la impedancia rotri-ca del circuito equivalente esmuy pequea (impedancia rot-rica igual a la reactancia del ro-tor cuando la velocidad es ce-ro). Esta elevada corriente engeneral no es perjudicial para elmotor porque el arranque es unperodo transitorio muy corto,salvo que se trate de cargas demucha inercia, y adems nor-malmente se parte del motor enfro. Con objeto de no causaruna excesiva perturbacin a lared durante el proceso de arran-que, uno de los procedimientosempleados es el arranque estre-llatringulo. Para los casos en

1. Introduccin

Arrancadores estrella-tringuloCriterios de evaluacin

R.G. Borrs Formoso y M. Luaces RodrguezProfesores de la Universidad de A Corua

J. Garca GalegoCentral Trmica As Pontes

Cuando se pretende disear unautomatismo, la condicinprevia es que se conozcan

cules han de ser losrequerimientos operativos, es

decir, se ha de saber respondera la pregunta qu se pretende

que haga el sistema cuandopartiendo de una situacindeterminada se realiza una

operacin tal como apretar unpulsador, cuando el nivel de un

lquido llegue a unadeterminada cota, la

temperatura alcance un valor,etc.?. Ahora bien, las posibles

soluciones son en generalmltiples, dependiendo de

quien realice el diseo. En esteartculo se aborda el anlisis

de distintas soluciones delarrancador estrella-tringulo

manual sugiriendo unos puntosde chequeo que permitan

comprobar la bondad de cadauno a fin de establecer unos

posibles criterios decomparacin y evaluacin. En

un artculo posterior se tratarel arrancador automtico.

Electricidad

En lo que a circuito principal ode fuerza se refiere este arranca-dor precisa de tres contactores:un contactor de acoplamiento ared o comn, un contactor paraacoplamiento estrella y un con-tactor para acoplamiento entringulo. Aparte se deben incluirlos fusibles al principio y el reltrmico de proteccin contra lassobrecargas (sera deseable queel rel trmico fuese al mismotiempo diferencial para protegercontra el fallo de una fase).

Condiciones de operacin.

a) Se parte de que la caja demando dispone de 3 pulsadores:- Pulsador de marcha en Estre-lla: PY- Pulsador de marcha en trin-gulo: PD- Pulsador de Paro: PP

b) Estando el motor parado, alpulsar PY el motor se pone enmarcha en estrella.

c) Estando el motor trabajandoen estrella, al pulsar PD el motorpasa a trabajar en tringulo.

d) Si el motor est parado, si sepulsa PD el motor deber per-manecer parado.

e) Si el motor est trabajando entringulo, si se pulsa PY el motorpasar a trabajar en estrella.

f) Si se pulsa simultneamenteambos pulsadores, PY y PD, elmotor si estaba en marcha separa, y si estaba parado perma-nece en el mismo estado.

Grficamente, lo dicho puederepresentarse por el ideogramaque vemos en la figura 1.

Las anteriores condiciones deoperacin son las normales quese pueden pedir a cualquierarrancador, y que pueden sercomprobadas por el operarioque va a manipular sobre unadeterminada mquina o procesopudiendo informar favorable-mente la conformidad con losrequerimientos anteriores.

Las condiciones 2, 3 y 4 son fun-

compuesta) o bien en estrella,todos los finales de fase conec-tados entre s, con lo cual la ten-sin a la que est sometida cadafase del motor es raz de tres ve-ces menor, tensin simple, y lacorriente que recorre cada fasedel motor tambin ser raz detres veces menor. El resultado,en lo que a corriente tomada dela red se refiere, es que la co-rriente de arranque en la cone-xin estrella es la tercera partede la que sera, si el arranque seprodujese en tringulo. An asla corriente puede alcanzar va-rias veces el valor de la corrien-te nominal y el perodo dearranque, por causa del menorpar motor disponible, se incre-menta. Como es natural, estemtodo no sera aplicable si elpar motor de arranque en cone-xin estrella es muy poco supe-rior al par resistente, ya que po-dra dar puntas muy elevadas decorriente al pasar a tringulo obien si el par es inferior al parresistente (arranque imposible).

Para que este arranque puedarealizarse, se precisa que el mo-tor tenga accesibles los seis ex-tremos de sus devanados y quela tensin de la red correspondacon la tensin nominal del mo-tor para su conexin tringulo.

El todava vigente ReglamentoElectrotcnico para Baja Tensinde 1973 especifica en su Instruc-cin Complementaria MI BT034, apartado 1,5, en lo que amotores de corriente alterna serefiere, que .... los motores depotencia superior a 0,75 kilova-tios estarn provistos de resta-tos de arranque o dispositivosequivalentes que no permitanque la relacin de corriente en-

tre el perodo de arranque y elde marcha normal que corres-ponda a su plena carga, segnlas caractersticas del motor quedebe indicar su placa, sea supe-rior .... a los valores que se in-dican en la Tabla I, primera co-lumna: potencia nominal en kW,segunda columna: relacin entrecorriente tomada en el arranquey corriente a plena carga.

Segn lo dicho, este sistema dearranque cumplira con lo esta-blecido en el Reglamento si lascorrientes de arranque fueseniguales o inferiores a los valo-res que se indican en la anteriorTabla I en la columna de la de-recha.

En general y segn puede com-probarse por las caractersticasproporcionadas por los fabrican-tes de motores en sus catlogos,la relacin entre la corriente dearranque y la corriente nominalcrece a medida que aumenta lapotencia del motor en cuestin ytambin es tanto mayor cuantomayor es su velocidad nominal(menor nmero de polos).

Los arrancadores manuales es-trella-tringulo pueden cons-truirse a base de conmutadoresrotativos o bien a base de man-do por pulsadores y contactores.Aqu se tratar solamente de es-ta ltima solucin por la doblerazn de que para el caso dearranque automtico es como serealiza, y porque para el mandodesde varios puntos, y para in-clusin de protecciones y senso-res, as se requiere.

3. Arrancador manual

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Potencia Iarr/In Iarr/In (YGD)

0,75 1,5 kW 4,5 13,5

1,5 5 kW 3 9

5 15 kW 2 6

> 15 kW 1,5 4,5

Tabla I

Figura 1

En lo que a esquema de manio-bra se refiere, analicemos enprimer lugar el diseo represen-tado en la figura 2.

Dado el esquema de la figura 2vamos a analizar el funciona-miento. Primeramente habrque comprobar si realiza correc-tamente la secuencia de estrella-tringulo partiendo del estadode reposo.

Al presionar el pulsador de mar-cha en estrella, PY, se da ali-mentacin de forma instantneaa la bobina del contactor de es-trella. Pasado el tiempo de res-puesta cierran sus contactosprincipales y cambian de estadolos auxiliares, as el contacto au-xiliar situado en la rama 6 abreimpidiendo que se pueda ali-mentar la bobina del contactorde tringulo (enclavamientoelctrico) y el contacto auxiliarnormalmente abierto (NA) quese encuentra en la rama 3 cierray da alimentacin a la bobinadel contactor comn o de red,con lo que se cerrar su contac-to auxiliar que se encuentra enla rama 4. Hasta este momentola corriente que alimentaba aambas bobinas de los contacto-res, estrella y comn, estaba pa-sando a travs del pulsador deestrella, de tal forma que elbuen funcionamiento dependade que se mantuviese presiona-do durante este tiempo. En laprctica esto se verifica as, sequiera o no se quiera, porqueestamos hablando de intervalosde tiempo inferiores a la cent-sima de segundo; por tanto, es-te hecho no puede interpretarseni como restriccin ni como unadeficiencia de diseo. Ahora es-t el motor trabajando en estre-lla y pasado el tiempo de acele-racin observable por una medi-da amperimtrica, por el ruidoque emite, por observacin dela velocidad, etc., se puede pa-sar a la conexin tringulo. Alpresionar el pulsador de trin-gulo, PD, no se da alimentacin

4. Anlisis del circuito

damentales porque son las quedan cumplimiento al principioque se pretende; en cunto a la5 es una condicin de menor ni-vel por cuanto es una posibili-dad que puede tener su justifi-cacin en la pretensin de quedisminuya un poco tanto la ve-locidad como la corriente toma-da por el motor cuando conven-ga que el conjunto en vez depararse, trabaje en vaco.

Cuando se presionan simultne-amente los pulsadores PY y PD,elctricamente en realidad, si laobservacin se hace analizandola evolucin en el orden de losmilisegundos, lo que sucede esque uno de los dos pulsadoresacta antes que el otro. Serapor tanto equivalente a 1: queestuviese trabajando en estrellay que sin dejar de pulsar PY sepulsase a continuacin PD, obien 2: que se haga el intentode arrancar directamente entringulo (lo prohbe la condi-cin 4) y que sin dejar de pul-sar PD, motor parado, se pulse

PY. No debe permitirse que reci-ban alimentacin simultnea-mente, ni siquiera durante unospocos milisegundos (el tiempoque tarda en responder un con-tactor), ambas bobinas de loscontactores de estrella y tringu-lo porque de cerrar ambos pro-vocara un cortocircuito en elcircuito de fuerza. Hay que te-ner en cuenta adems, que de-bido a la inercia con que estanimada la armadura y sus con-tactos asociados, debido a laatraccin magntica que ejercesobre ella el ncleo, aunque secorte alimentacin a la bobina amedio recorrido, llegaran a ce-rrar sus contactos principales.

No se contempla el requerimien-to de que el pase a tringulo severifique despus que disminuyanotablemente la corriente deman-dada, que para un conjunto mo-tor-mquina accionada determi-nado puede asociarse a un tiem-po concreto, porque ello requeri-ra, como solucin ms simple, elempleo de un temporizador.

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Figura 2.Esquema demaniobra

Para que pueda pasar a trabajaren estrella cuando est trabajan-do en tringulo, condicin 5, serequiere que primeramente sedeje sin alimentacin al contac-tor tringulo, lo que se consiguehaciendo que el pulsador PY seadoble, de desconexin-cone-xin, abriendo la rama 6 y, unavez cerrado el contacto auxiliarsobre la rama 2, da alimentacina la bobina del contactor de es-trella. De no montar un pulsa-dor doble, habra que efectuarla operacin: pulsar PP y a con-tinuacin PY.

En cuanto a la condicin 6, si separte de la condicin de marchael motor se parar porque van aquedar sin alimentacin las bo-binas de los contactores de es-trella y tringulo ya que queda-rn interrumpidas sus ramas dealimentacin precisamente enlos contactos NC de los pulsa-dores. Los estados transitoriosvan a ser distintos segn se par-ta del motor trabajando en es-trella o tringulo y segn seanlos intervalos de tiempo entredesconexin de contactos NC yconexin de los NA y el ordenen que se produzcan. Si se par-te del motor parado y, aunquecon muy poca diferencia detiempo, se pulsa un poco antesel pulsador de tringulo, en eldiseo 1 mejorado esta accinno tendr ningn efecto elctri-co puesto que esta rama recibealimentacin a travs del con-tacto auxiliar NA del contactorde red, que ahora est abierto;al pulsar luego el pulsador deestrella tampoco se dar alimen-tacin a esta bobina por estar in-terrumpida esta rama en el con-tacto NC del PD, pero si por elcontrario el primer pulsador quese presiona es el de estrella enrealidad lo que sucede es que seproduce un arranque en estrellay despus, sin dejar de presio-nar el pulsador de estrella, sepulsa el de tringulo dejando sinalimentacin a ambas ramas, pa-rndose el motor pero el con-tactor de red sigue alimentado atravs de su contacto de auto-rretencin y en esta situacin seseguir mientras estn los pulsa-dores simultneamente presio-

a la bobina del contactor detringulo porque el contacto au-xiliar del contactor estrella, in-mediato a la bobina del contac-tor tringulo, est abierto. Laprimera accin por tanto esabrir los contactos de este pul-sador que se encuentran en larama 2, dejando por tanto sinalimentacin a esta bobina. Des-pus de unos milisegundos depermanecer sin alimentacin es-ta bobina, cerrarn los contactosauxiliares situados en la rama 6y a travs de estos contactos re-cibe alimentacin la bobina delcontactor de tringulo, que des-pus de unos instantes cerrarnlos contactos situados en la ra-ma 5, contacto de autoalimenta-cin o autorretencin (a partirde este instante ya puede dejarde presionarse el pulsador detringulo), y abrir el contactosituado en la rama 2, enclava-miento elctrico. En estas condi-ciones si se presiona el pulsadorde paro deja sin alimentacin atodas las bobinas y todos loscontactos vuelven a la condicinde reposo.

Con lo dicho hasta ahora se veque se cumplen las condiciones2 y 3 y a primera vista podraparecer que el diseo es correc-to, puesto que probado en suoperacin normal funciona;pero como se ver mas adelan-te, que un sistema funcione noes prueba de que est bien.

Veamos ahora la condicin 4. Setrata de una proteccin por dise-o de un arranque en directo entringulo que puede responder auna accin involuntaria de unoperario que equivocadamentepresiona este pulsador en primerlugar. El primer efecto es abrirlos contactos situados en la rama2, sin ninguna consecuencia por-que ya estaba sin alimentacin, ya continuacin cerrar el circuitode la rama 6 dando alimentacina la bobina del contactor detringulo que cierra su contactode autoalimentacin, pero queno da lugar al arranque del mo-tor, puesto que el motor al tenerabiertos los finales de los deva-nados, no puede circular ningu-na corriente por ellos. Por tanto,

puede decirse que s cumple lacondicin 4.

No obstante, el lector atento ha-br observado que se produjouna situacin indeseable a partirde que se pretendi arrancar elmotor directamente en tringulo,y es que al quedar excitado elcontactor de tringulo y noarrancar el motor, el operarioque realiz esta operacin, aldarse cuenta, presionar el pul-sador de estrella con el resultadode que el motor sigue sin po-nerse en marcha! porque al estaralimentado el contactor de trin-gulo, est abierto el contacto deenclavamiento elctrico en la ra-ma 2 Cmo puede remediarseesta situacin? Una solucin, dendole operativa, es presionandoel pulsador de paro, que en estecaso hace la funcin de rearme,con lo cual ya queda dispuestopara poder iniciar la secuenciacorrecta. Pero mientras no seefecte el rearme queda ali-mentado sin necesidad el con-tactor de tringulo Otra solucin,en este caso sencilla, es simple-mente cambiando la alimenta-cin de la rama 6 a como estrepresentado por la lnea a tra-zos, es decir alimentado esta ra-ma desde el borne inferior delcontacto auxiliar del contactor C(diseo 1 mejorado).

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mentacin a la bobina, al encon-trarse inicialmente la armaduraseparada del ncleo la corrienteinicial, corriente de llamada, ILl.,es relativamente elevada y portanto tambin la potencia calor-fica desarrollada, pero al cerrarel contactor, la reactancia de labobina aumenta considerable-mente y por tanto, la corrientedisminuye a la denominada co-rriente de mantenimiento, IM., yahora el calor generado es tam-bin muy pequeo. Una de lascausas que pueden dar lugar aque se queme la bobina es quela tensin de alimentacin seademasiado reducida, ya que si lacorriente a que da lugar, ILl., esmuy inferior a ILl., la fuerza deatraccin no ser suficiente paramover a la armadura, y al serILl>> IM, el calor desarrollado ha-ce que se queme la bobina.Igualmente suceder si la ten-sin de alimentacin es dema-siado elevada, en este caso porser IM >> IM.

El desgaste de contactos tieneuna causa doble, por una parteun deterioro por choque mec-nico y por otra parte, por los ar-cos elctricos que se formantanto en el cierre como en laapertura.

Algunas causas que pueden darlugar a la soldadura de contac-tos son baja tensin de alimen-tacin, con lo que la presin en-tre contactos es dbil y por ellola resistencia de contacto es re-lativamente elevada, dando lu-gar a generacin de energa ca-lorfica que eleva la temperaturahasta llegar a la temperatura defusin (licuefaccin seguida desolidificacin). La cada de ten-sin puede ser debida a la pro-pia corriente demandada por elmotor en el arranque. Otra cau-sa posible es la vibracin de al-gunos contactos en el circuitode mando, en la alimentacinde la bobina.

Interesa considerar la posiblesoldadura de contactos comouna avera que ha de ser tenidaen cuenta en el diseo del cir-cuito de la maniobra. En ali-mentacin a motores que mue-

nados. Cuando se levante el de-do de los pulsadores, si primerose levanta el de tringulo el mo-tor se pondr en marcha conec-tado en estrella (funcionamientoaceptable) y si el primero que selevanta es el de estrella el motorse pondr a girar en tringulo,funcionamiento inaceptablepuesto que pasara de parado amarcha en tringulo.

Una mejora sobre el anterior di-seo sera el esquema represen-tado en la figura 3 donde que-dan corregidas las deficienciasobservadas en el primer diseo.No obstante habra que haceruna matizacin acerca de la con-dicin 6, que como se vio en eldiseo de la figura 2, cumpla es-ta condicin pero slo en senti-do literal, ya que efectivamentese produca una parada cuandose presionaban simultneamentelos pulsadores PY y PD pero quea continuacin poda producirseel arranque directamente entringulo (inaceptable). En el di-seo de la figura 3 el anterior in-conveniente queda solventado.Persiste en cambio el hecho deque despus de dejar de pulsarambos pulsadores, si el ltimo

que se libera es el de estrella, lamquina pasa a trabajar en es-trella. Solventar esta cuestin noes posible si no se recurre amontar otros elementos de ma-niobra como temporizadores ocontactores auxiliares, ya quepinsese que lo que se pide esque despus de pulsar PY la m-quina permanezca parada, y es-to es tanto como decir que res-ponda a una lgica secuencialen vez de combinacional.

Dentro del mbito de manteni-miento de los contactores lasprincipales averas que puedesufrir un contactor son que sequeme la bobina, que se des-gasten los contactos o que sequeden pegados los contactos(soldados). Expliqumoslo so-meramente.

Lo ms frecuente es que las bo-binas sean alimentadas por co-rriente alterna, ya que sta es laforma de distribucin de la co-rriente. En estos casos al dar ali-

5. Soldadura de contactos

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Figura 3.Esquema demaniobra

momento de parar. Se detectarcuando se pretenda poner enmarcha el motor o 2: que elmotor se ponga en marcha, conlo cual detectamos la avera jus-to cuando el servicio del motordeja de ser necesario. De las dosalternativas parece preferible la2, y por ello habr de hacerseun diseo que responda a esefuncionamiento.

Ante un problema de diseo deun automatismo en general, lasolucin no es nica. La evalua-cin de la bondad de un diseoexige primeramente que se ana-lice si su funcionamiento obede-ce a unos requisitos de opera-cin, pero una vez satisfechosestos, se pueden plantear unaserie de cuestiones que permi-tan determinar cul de una ternade soluciones es la ms vlida.

7. Conclusin

ven cierto tipo de mquinas quepueden resultar peligrosas, pue-de recurrirse a alimentar el mo-tor a travs de dos contactoresen serie, de tal forma que siqueda soldado uno pueda abrir-se el circuito de fuerza con elotro contactor en emergencia(es frecuente en estos casos re-currir al autocontrol y a la re-dundancia).

Cuando se intentan comparardos circuitos de mando (los cir-cuitos de potencia normalmenteno plantean dudas) hay una se-rie de puntos a chequear quepueden servir de gua para eva-luar la bondad de un diseo.Dependiendo del caso concreto,el peso de esos puntos de che-queo puede variar. A ttulo deejemplo, y sin nimo de ser ex-haustivos, podran ser:

- Est asegurado el pase a trin-gulo? Es tanto como decir: serealiza con seguridad el cambioentre modos de operacin?. Hayque tener en cuenta los estadostransitorios en la conmutacinde contactos (por ejemplo: de-pende la alimentacin de unabobina de un contacto que seest abriendo?).

- Cuntos contactores se ali-mentan simultneamente en elperodo transitorio? Cuando elcircuito de maniobra se alimen-ta a travs de un transformadorconviene que no se d alimen-tacin a varios contactores por-que los picos de corriente pue-den ser importantes y puedeobligar a montar un transforma-dor de mayor potencia. Tienepoca importancia el nmero decontactores que se alimentan si-multneamente porque el con-sumo de un contactor cerradoes pequeo. Lo que importa sonlos picos mientras el contactorno cierra. Es bueno por ello que

6. Evaluacin decircuitos de maniobra

un contactor reciba alimenta-cin a travs de un contacto au-xiliar de otro. Esto puede supo-ner un retardo del orden de 20milisegundos.

- Cuntos contactos auxiliaresse necesitan? Es muy comnque los contactores aparte, delos contactores principales lle-ven dos contactos auxiliares. Sise precisan mas contactos auxi-liares, la solucin ms sencillaes montar bloques de contactosauxiliares, que se montan sobreel propio contactor. De todosmodos entre varios diseos quepresentan las mismas prestacio-nes, se puede decir que es me-jor aquel que precisa menoscomponentes, en este caso con-tactos auxiliares.

- Existe un enclavamiento efi-caz entre contactores que no de-ban trabajar simultneamente?Es el caso del contactor estrellay tringulo de las figuras 2 y 3vistas. Si estn cerrados simult-neamente ambos contactores,aunque slo sea un instante,producir un cortocircuito en ellado de fuerza. El enclavamien-to puede ser elctrico y/o mec-nico. De todos modos es buenohacer diseos siempre con en-clavamiento elctrico dejando elde tipo mecnico como una ga-ranta adicional.

- Ante una avera tal, como quese queden pegados los contac-tos del contactor tringulo o dered podra arrancar el motor di-rectamente en tringulo?. Tal co-mo qued dicho antes, no debepermitirse ni siquiera bajo lacondicin de avera que puedaproducirse un arranque directa-mente en tringulo.

- Estando trabajando el motor seproduce una soldadura de loscontactos principales. Al pulsarPP el motor para, pero qu su-cede al dejar de pulsar PP? Pue-de suceder 1: que el motor sigaparado, con lo cual tenemosuna avera y no se detecta en el

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