El arrancador suave reduce la tensión del motor con tiristores solo durante el arranque y la parada; en régimen queda en derivación y el motor gira a velocidad fija. El variador de frecuencia rectifica la red y genera una tensión de frecuencia variable, de modo que controla la velocidad todo el tiempo y arranca con par completo y corriente cercana a la nominal. El arrancador suave es más simple y económico cuando solo hay que limitar el arranque; el variador conviene cuando el proceso necesita variar la velocidad o el arranque exige par alto con poca corriente.
Dos equipos para dos problemas distintos
Quien busca «arrancador suave o variador» suele tener un motor que provoca un hueco de tensión al arrancar, un golpe mecánico en la transmisión o una bomba que hace golpe de ariete. Los dos equipos resuelven el arranque, pero solo uno controla la velocidad en régimen. Elegir bien depende de qué necesita el proceso, no solo del arranque.
El arrancador suave (en inglés, soft starter) es un controlador de semiconductores: pares de tiristores en antiparalelo por fase que recortan la onda de tensión. Durante el arranque suben la tensión en rampa; al llegar a velocidad, un contactor de derivación (bypass) los saca del circuito y el motor queda conectado a la red a velocidad fija. En la parada pueden hacer la rampa inversa. En baja tensión se rige por IEC 60947-4-2.
El variador de frecuencia (o variador de velocidad, VFD) rectifica la tensión de la red a corriente continua y luego la convierte en una tensión alterna de frecuencia y amplitud variables con un inversor de transistores (IGBT). Así controla la velocidad del motor en todo momento, no solo en el arranque. La familia de normas que lo cubre es IEC 61800.
Diferencias que deciden
| Criterio | Arrancador suave | Variador de frecuencia |
|---|---|---|
| Qué controla | Tensión durante arranque y parada | Frecuencia y tensión todo el tiempo |
| Velocidad en régimen | Fija, la de la red | Variable |
| Corriente de arranque | Reducida, pero varias veces la nominal | Cercana a la nominal |
| Par de arranque | Reducido; cae con el cuadrado de la tensión | Alto desde velocidad cero |
| Ahorro de energía | Despreciable en régimen | Importante en bombas y ventiladores de carga variable |
| Armónicos en la red | Solo durante la rampa | Permanentes, según el rectificador |
| Tamaño, calor y costo | Menores | Mayores; necesita ventilación y filtros |
| Efecto en el motor | Ninguno en régimen | Tensiones de modo común, corrientes por rodamientos, esfuerzo dieléctrico por los frentes de onda |
El variador da más funciones, pero también trae consecuencias que el arrancador suave no tiene. Los armónicos del rectificador pueden exceder los límites de IEEE 519 en el punto de conexión, calentar transformadores y condensadores, y obligar a un filtro (vea armónicos de variadores de frecuencia). Los cables largos entre variador y motor pueden producir sobretensiones en los bornes del motor que aceleran el envejecimiento del aislamiento.
Cuándo conviene cada uno
- ¿El proceso necesita variar la velocidad en régimen?
- SíVariador de frecuencia
- No¿La carga exige par alto desde velocidad cero?
- SíVariador de frecuencia, o arranque directo si la red lo admite
- No¿La red tolera la corriente de arranque del arrancador suave?
- SíArrancador suave
- NoVariador, o revisar la red con un estudio de arranque
Arrancador suave en bombas centrífugas, ventiladores y compresores que trabajan a velocidad fija y solo necesitan un arranque sin golpe y con menos corriente. Las bombas se benefician además de la parada suave contra el golpe de ariete.
Variador cuando el proceso cambia de caudal o de velocidad (bombeo con presión constante, ventiladores con demanda variable, bandas, extrusoras), cuando la carga necesita par alto desde cero (molinos, transportadores cargados, trituradoras) o cuando la red no admite ni siquiera la corriente reducida de un arrancador suave.
Para motores muy grandes en red débil, la decisión debe salir de un estudio de arranque de motores: calcula la caída de tensión con cada método y evita sobredimensionar o quedarse corto.
Lo que cambia en la protección
Ninguno de los dos elimina la necesidad de proteger bien el motor y el circuito que lo alimenta:
- Con arrancador suave, la corriente de arranque dura más tiempo que en arranque directo. La curva de sobrecorriente y la protección térmica deben aceptar ese arranque largo, y la protección de rotor bloqueado y arranque prolongado debe ajustarse con el tiempo real de la rampa.
- Con variador, el motor queda aguas abajo de una electrónica que limita la corriente, y la protección de la red ve al variador como una carga no lineal. El relé aguas arriba protege el transformador, el cable y el propio variador, y debe coordinar con los fusibles o interruptores que el fabricante del variador pide en su entrada.
- En media tensión, los dos equipos existen, pero el diseño cambia mucho: transformadores de varios devanados para reducir armónicos, celdas con contactor y fusible, y relés de motor coordinados. Vea arrancador de media tensión y relé de protección de motor.
Errores frecuentes al elegir
- Escoger un variador para un motor que siempre trabaja a velocidad fija, solo «para arrancar suave».
- Escoger un arrancador suave para una carga de arranque pesado y descubrir que no acelera.
- No calcular los armónicos del variador antes de instalarlo y encontrar después condensadores dañados o un transformador caliente.
- Olvidar la ventilación del variador y del cuarto eléctrico.
- Mantener los ajustes del relé del motor de cuando arrancaba directo.
Datos que conviene tener antes de decidir
La comparación se resuelve rápido cuando se tienen a mano los datos correctos:
- Placa del motor: potencia, tensión, corriente nominal, corriente y par de rotor bloqueado, letra de código y tiempo seguro con rotor bloqueado.
- Curva de la carga: par resistente en función de la velocidad e inercia. Una bomba centrífuga y un molino piden cosas muy distintas.
- Régimen de operación: horas al día, arranques por hora y si el caudal o la velocidad cambian.
- Red de alimentación: potencia de cortocircuito en la barra, tamaño del transformador y si el motor arranca también con la planta de emergencia.
- Otras cargas sensibles en la misma barra: variadores existentes, condensadores, equipos electrónicos.
Con esos datos, el estudio de arranque y el cálculo de armónicos dicen con números cuál de los dos equipos cumple, en lugar de decidir por costumbre o por el precio de catálogo.
Hacemos su estudio
Nuestro equipo evalúa el arranque y la calidad de potencia de su planta antes de elegir el equipo: estudio de arranque, cálculo de armónicos con el variador propuesto y revisión de la coordinación con las protecciones existentes. Lo hacemos de forma remota con sus datos y planos. Vea nuestros servicios de diseño de ingeniería y estudios y de calidad de potencia, y escríbanos por contacto con los datos del motor y de la carga.
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Referencias
- IEC 60947-4-2, Low-voltage switchgear and controlgear – Part 4-2: Contactors and motor-starters – Semiconductor motor controllers, starters and soft-starters.
- IEC 61800 (serie), Adjustable speed electrical power drive systems; IEC 61800-5-1, requisitos de seguridad.
- IEEE 519, IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems.
- IEEE 3002.7, IEEE Recommended Practice for Conducting Motor-Starting Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
Preguntas frecuentes
¿Un arrancador suave ahorra energía?
Muy poco: actúa solo en el arranque y la parada, y en régimen el motor queda conectado directo a la red a velocidad fija. El ahorro de energía viene de variar la velocidad en bombas y ventiladores, y eso solo lo hace el variador de frecuencia.
¿Por qué un arrancador suave no arranca un motor con carga pesada?
Porque reduce la tensión, y el par del motor cae aproximadamente con el cuadrado de la tensión. Si la carga pide mucho par desde cero velocidad, el arrancador suave tiene que subir tanto la tensión que la corriente de arranque deja de ser baja. Un variador entrega par alto a baja velocidad con corriente moderada.
¿El variador de frecuencia reemplaza al relé de protección del motor?
En baja tensión el variador incluye protecciones del motor (sobrecarga, cortocircuito a la salida, pérdida de fase) que suelen ser suficientes para motores pequeños. En motores de media tensión o críticos se mantiene un relé de protección aguas arriba, coordinado con el variador, y las protecciones del transformador y del cable que lo alimentan.