Arranque estrella-triángulo: esquema y límites

Respuesta corta

El arranque estrella-triángulo arranca el motor con los devanados en estrella, que reduce a un tercio la corriente de línea y el par, y después los pasa a triángulo. Exige un motor de seis terminales cuya tensión nominal en triángulo sea la de la red, tres contactores y un temporizador. Sirve para cargas que arrancan casi en vacío; no para las que necesitan par al inicio.

Qué es el arranque estrella-triángulo

El arranque estrella-triángulo (Y-Δ) es un método de tensión reducida para motores de jaula. Aprovecha que un devanado puede conectarse de dos maneras: en estrella, donde cada devanado recibe la tensión de línea dividida por √3, o en triángulo, donde recibe la tensión de línea completa.

El motor arranca en estrella, con tensión reducida en cada devanado. Cuando ha acelerado, un temporizador lo pasa a triángulo, que es su conexión normal de trabajo. La corriente de arranque se reduce a un tercio de la que tomaría en arranque directo; el par también.

Condiciones para poder usarlo

El motor debe tener seis terminales accesibles (U1, V1, W1, U2, V2, W2) en la caja de bornes.
La tensión de la red debe coincidir con la tensión nominal del triángulo que figura en la placa. Un motor 400/690 V en una red de 400 V cumple; el mismo motor en 690 V trabaja en estrella y no puede arrancar así.
La carga debe arrancar con par bajo: el par en estrella es un tercio del de arranque directo. Bombas centrífugas y ventiladores con válvula cerrada o con poco caudal suelen cumplir; bandas cargadas, compresores con carga o molinos, no.
El arranque debe ser corto y poco frecuente, porque la transición genera esfuerzo en el motor y en la red.

Por qué la corriente y el par bajan a un tercio

En estrella, cada devanado ve 1/√3 de la tensión de línea (en una red de 400 V, unos 231 V). La corriente del devanado se reduce por ese factor. En triángulo, la corriente de línea es √3 veces la del devanado; en estrella, la de línea es igual a la del devanado. Al combinar ambos efectos:

Corriente de línea en estrella = 1/3 de la corriente de línea en triángulo.
Par en estrella = 1/3 del par en triángulo, porque el par es proporcional al cuadrado de la tensión del devanado.

Ese factor de un tercio es el que justifica el método y también el que lo limita.

Circuito de potencia

Se usan tres contactores:

Contactor	Nombre habitual	Qué conecta
KM1	Línea (red)	L1, L2, L3 a U1, V1, W1 del motor
KM2	Estrella	Une U2, V2, W2 entre sí para formar el punto neutro de la estrella
KM3	Triángulo	Conecta U2 con V1, V2 con W1 y W2 con U1

El relé de sobrecarga va en serie con la línea o con los devanados, según el montaje. Si se instala en serie con KM1, mide la corriente de línea y se ajusta a la corriente de placa en triángulo. Si se instala dentro del triángulo, mide la corriente del devanado y se ajusta a esa corriente (la de línea dividida por √3). La placa del relé y el esquema del fabricante indican cuál es el caso, y confundirlos deja el motor mal protegido.

La secuencia de potencia es:

KM1 y KM2 cierran: el motor queda en estrella y arranca.
KM2 abre: el motor queda alimentado sin conexión de estrella.
KM3 cierra: el motor queda en triángulo y trabaja en régimen.

Con KM2 y KM3 cerrados a la vez, las tres fases quedan en cortocircuito franco. Por eso el diseño del mando garantiza que nunca coincidan.

Circuito de mando

La secuencia la gobierna un temporizador (a la conexión) y los contactos auxiliares:

La marcha energiza KM1 y KM2 y arranca el temporizador.
Al cumplirse el tiempo, el temporizador abre el circuito de KM2.
Al caer KM2, su contacto auxiliar cerrado (NC) permite energizar KM3.
KM3 se retiene y desenergiza el temporizador.
Cada contactor de conexión (KM2 y KM3) lleva en serie con su bobina un contacto NC del otro: enclavamiento eléctrico.

Algunos arrancadores añaden un enclavamiento mecánico entre KM2 y KM3, y un tiempo muerto de unas decenas de milisegundos entre la apertura de la estrella y el cierre del triángulo, que extingue el arco de KM2 antes de que KM3 cierre. Existen también temporizadores específicos estrella-triángulo que integran esa pausa.

Ejemplo numérico (ilustrativo)

Motor de 15 kW, 400 V (triángulo), corriente nominal 28 A, corriente de arranque directo supuesta de 7 × In y par de arranque directo supuesto de 1,8 veces el nominal (82 N·m, en el ejemplo de la guía del motor de inducción). Datos supuestos, no de una referencia comercial.

Magnitud	Arranque directo	Estrella
Corriente de línea	196 A	65 A
Par de arranque	148 N·m	49 N·m
Tensión por devanado	400 V	231 V

Si la carga necesita 60 N·m para empezar a moverse, el motor en estrella (49 N·m) no puede arrancarla, y el arranque estrella-triángulo es inadecuado. Si la carga necesita 20 N·m al inicio, tiene un margen razonable.

La transición: el punto crítico

Durante el cambio de estrella a triángulo el motor queda un instante sin alimentación (transición abierta). El motor sigue girando, pero el flujo magnético remanente genera una tensión que, al cerrar el triángulo, puede no estar en fase con la red. El resultado es un pico de corriente de hasta valores cercanos al arranque directo, y un golpe de par. Si el motor está todavía lento, el pico es casi equivalente a un arranque directo. Otros métodos son el arranque por autotransformador y por resistencias estatóricas o rotóricas, que se explican en arranque por autotransformador y resistencias.

Para reducirlo:

El tiempo en estrella debe ser suficiente para que el motor alcance una velocidad cercana a la nominal. Un valor demasiado corto pasa a triángulo con el motor lento; uno demasiado largo hace que el motor opere sin necesidad en un régimen de par bajo y se sobrecaliente.
En sistemas con exigencias de continuidad existe la transición cerrada, con resistencias que mantienen alimentado el motor durante el cambio; añade complejidad y un cuarto contactor.

El tiempo de cambio se establece con el arranque real y la medición de la corriente; no con una regla fija. Un indicador útil es que la corriente baje a un valor cercano al nominal antes del cambio.

Comparación con otros métodos

Método	Corriente de arranque	Par de arranque	Observación
Directo	Máxima	Máximo	Más simple; exige red robusta
Estrella-triángulo	1/3 del directo	1/3 del directo	Motor de seis terminales; transición con pico
Autotransformador	Según la derivación	Según la derivación	Más costoso y voluminoso
Arrancador suave	Ajustable	Ajustable	Sin transición abrupta; vea arrancador suave

Errores frecuentes

Aplicarlo a una carga con par de arranque alto, con el resultado de que el motor no acelera y el temporizador pasa a triángulo con pico de corriente.
Ajustar el temporizador muy corto, de modo que el cambio ocurre con el motor lento.
Usar un motor cuyo triángulo no coincide con la red, es decir, un motor 400/690 V en una red de 690 V.
Errores de cableado en KM3, que conectan mal los terminales y producen un cortocircuito entre fases al cerrar el triángulo.
Relé de sobrecarga mal ajustado por confundir la corriente de línea con la de devanado.
Falta de enclavamiento entre KM2 y KM3.
Olvidar el sentido de giro: invertir dos fases de la red entre KM1 y el motor afecta ambos modos, pero invertir mal los terminales de un devanado produce un campo que no corresponde.

Lista de verificación

Motor de seis terminales y tensión de red igual a la del triángulo en placa.
Par de la carga durante el arranque menor que el par en estrella, con margen.
Contactores con la corriente de cada función (KM1 y KM3 en servicio; KM2 solo en arranque).
Enclavamiento eléctrico entre KM2 y KM3 comprobado.
Relé de sobrecarga ajustado según su ubicación en el circuito.
Temporizador con tiempo comprobado midiendo la corriente en el arranque real.
Sentido de giro comprobado.
Prueba de la protección de sobrecarga después de la modificación.

Dudas técnicas frecuentes

¿Sirve para motores de media tensión? Rara vez. Los motores de media tensión suelen tener los devanados conectados en estrella internamente y se arrancan con otros métodos, como se ve en arrancador de media tensión.
¿Es equivalente a un arrancador suave? No: el arrancador suave ajusta la tensión de forma continua y evita el salto del cambio; vea arrancador suave vs variador de frecuencia.
¿Se puede reemplazar por un arrancador suave en un tablero existente? En muchos casos sí, pero cambia el cableado del motor y la protección; se revisa el conjunto.

Cómo le ayudamos

Antes de modificar un arranque conviene calcular el par que pide la carga y la caída de tensión que produce cada método. En Tiza Group hacemos ese estudio y coordinamos la protección; luego probamos y ponemos en servicio el tablero. Vea diseño de ingeniería y estudios y pruebas a motores, o escríbanos por contacto.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 60947-4-1, contactores y arrancadores electromecánicos de motor.
WEG, Guía de especificación de motores eléctricos, sección de métodos de arranque.
Revista Ingeniería Eléctrica, artículo sobre el arranque estrella-triángulo.

Preguntas frecuentes

¿Qué motores admiten el arranque estrella-triángulo?

Los de seis terminales accesibles en la caja de bornes, cuya placa indique en triángulo la tensión de la red. Un motor 400/690 V en una red de 400 V sí lo admite; en una red de 690 V no, porque debe trabajar en estrella.

¿Por qué el par de arranque se reduce a un tercio?

Porque el par depende del cuadrado de la tensión aplicada a cada devanado. En estrella el devanado recibe 1/√3 de la tensión de línea, y el cuadrado de ese factor es 1/3.

¿Qué pasa si el motor no ha acelerado cuando se pasa a triángulo?

El motor ve una corriente cercana a la de arranque directo, con un pico adicional en la transición. Eso anula la ventaja del método y puede disparar la protección. Es el síntoma de una carga que pide más par del que da la estrella.

¿Por qué no pueden cerrar a la vez los contactores de estrella y de triángulo?

Cerrados los dos, las fases del motor quedan en cortocircuito a través de ambos contactores. Por eso se enclavan eléctricamente entre sí y, en muchos casos, también mecánicamente.