Cómo funciona el arranque estrella–triángulo
CHIEF. LEARN · Guía 1 de 6
Estrella y triángulo con 440 V a bordo: por qué un motor de jaula arranca con seis veces su corriente nominal y cómo la estrella la baja a un tercio.
El ejemplo de todas las guías es la main fire pump de un platform supply vessel (PSV): un motor de jaula de 37 kW con una red de 440 V y 60 Hz, full-load current 61 A, arrancado en estrella–triángulo desde el main switchboard.
- MSB
- main switchboard, cuadro principal
Un motor, dos formas de conectarlo
Dentro del motor hay tres windings idénticos: U, V y W. Cada uno tiene un principio, marcado con 1, y un final, marcado con 2. Los seis extremos salen a la terminal box.
Cada winding está construido para una sola tensión. En este motor es de 440 V. Los links de la terminal box deciden qué tensión recibe realmente cada winding.
La nameplate dice Δ 440 V / Y 760 V: delta con una red de 440 V, star con una red de 760 V. Mismo motor, mismos windings; solo cambian los links.
Por qué un motor absorbe tanta corriente al arrancar
Un motor de inducción parado se comporta como un transformador con el secundario en cortocircuito. Las barras del rotor son ese secundario cortocircuitado. En cuanto llega la tensión, el campo giratorio barre las barras a plena velocidad e induce en ellas una corriente enorme, que el estátor tiene que suministrar.
Poco limita esa corriente, salvo la reactancia de dispersión de los windings. Por eso un motor de jaula arrancado direct-on-line absorbe de seis a siete veces su full-load current: unos 360 A en este motor en lugar de 61 A.
A medida que el rotor acelera, el campo se desliza respecto a las barras cada vez más despacio, la corriente del rotor baja y la del estátor baja con ella. Cerca de la plena velocidad solo queda la corriente de trabajo. A baja velocidad una bomba es una carga ligera, así que en esta tarda menos de un segundo.
La mayor parte de la corriente de arranque es reactiva: en parado, el factor de potencia es solo de 0,3 aproximadamente. Un generator solo puede dar eso dejando caer su tensión por un momento. Esa caída es el verdadero problema a bordo.
Star: 254 V por winding
En star, los extremos U2, V2 y W2 se unen en un único star point. Cada winding queda entre una phase y ese punto.
Su tensión es la tensión de línea dividida por √3: 440 ÷ 1,73 = 254 V. La corriente en cada línea de alimentación es la misma que en su winding.
Delta: 440 V por winding
En delta, cada winding queda entre dos phases y recibe los 440 V completos. Así es como este motor debe trabajar con la red del buque.
Cada línea de alimentación lleva la corriente de dos windings, así que la corriente de línea es √3 veces la del winding. A plena carga son 61 A en el cable y 35,2 A en cada winding.
Star en el arranque: un tercio de la corriente
Arrancado direct-on-line en delta, este motor absorbe unos 360 A del MSB.
En star, cada winding recibe 1/√3 de la tensión, así que su corriente baja √3 veces. Además, en star la corriente de línea es igual a la del winding, mientras que en delta es √3 veces mayor. √3 × √3 = 3: un arranque en star absorbe un tercio de la corriente.
El generator ve un tercio del pico, y el hueco de tensión en el MSB baja con él.
El precio: un tercio del par
El par crece con el cuadrado de la tensión. 1/√3 de la tensión da (1/√3)² = 1/3 del par, a cualquier velocidad.
Una bomba centrífuga casi no necesita par en parado: su par resistente crece con el cuadrado de la velocidad. Por eso un tercio del par del motor basta para acelerarla. El par en star y la carga de la bomba se igualan hacia el 94 % de la velocidad, y en star no se pasa de ahí.
Un compresor alternativo cargado, un chigre con carga en el gancho o una bomba volumétrica, como una de husillo que arranca contra la presión de descarga completa, necesita mucho par desde parado. En star no llega a arrancar o se queda a baja velocidad, absorbe mucha corriente y dispara por sobrecarga.
Ponte a prueba
La nameplate dice Δ 440 V / Y 760 V. La red del buque es de 440 V. ¿Cómo debe trabajar el motor?
- En delta — correcta
- En star
- Da igual
Cada winding es de 440 V. Con una red de 440 V, solo delta le aplica 440 V. En star recibiría 254 V y daría un tercio de su par.
En star con una red de 440 V, ¿qué tensión recibe cada winding?
- 440 V
- 254 V — correcta
- 760 V
440 ÷ √3 = 254 V. El winding queda entre una phase y el star point.
Comparado con un arranque direct-on-line en delta, un arranque en star absorbe:
- La mitad de la corriente
- Un tercio de la corriente — correcta
- La misma corriente, pero menos tiempo
La corriente del winding baja √3 veces, y en star la corriente de línea es igual a la del winding en lugar de √3 veces mayor. Las dos cosas juntas dan un tercio.
¿Por qué el star–delta sirve para una fire pump pero no para un compresor alternativo cargado?
- Una bomba centrífuga necesita poco par a baja velocidad — correcta
- Los compresores van con corriente continua
- Star da más par que delta
Star da un tercio del par. El par de la bomba crece con el cuadrado de la velocidad, así que al principio es bajo. Un compresor cargado necesita mucho par desde parado y en star se quedaría bloqueado.
Fuentes
Solo para formación. Los modelos están simplificados; la autoridad son las reglas de la sociedad de clasificación y los textos de la OMI.