Tom Bishop, P.E.
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA

Cuando se energiza inicialmente un motor de CA a su voltaje nominal (y frecuencia), el motor toma varias veces la corriente nominal hasta que alcanza toda la velocidad de operación. Las consecuencias de la corriente de arranque incluyen: Breve sobrecalentamiento de los bobinados del estator y del rotor, disparos no deseados de los dispositivos de protección y caídas de voltaje en el suministro eléctrico.

De acuerdo con las normas NEMA MG 1 e IEC 60034-1, la corriente a rotor bloqueado es la corriente de estado estable a rotor bloqueado. Sin embargo, según la norma NEMA MG 1 clausula 12.36, al momento de la energización, existe un valor pico de medio ciclo que varía entre 1.8 y 2.8 veces la corriente de estado estable, en función del diseño del motor y del ángulo de conmutación. Un factor relevante en la amplitud de este valor pico instantáneo es el magnetismo residual en los núcleos del rotor y del estator y los ángulos instantáneos de los voltajes de fase aplicados. Aunque la medición de la corriente no sea lo suficientemente rápida para capturar el primer pico de medio ciclo, la Figura 1 ilustra un breve intervalo de tiempo cuando la corriente de arranque es transitoria, antes de alcanzar su estado estable. Esto se puede ver claramente a los 95ms, donde las amplitudes de las corrientes son diferentes en cada fase ya que se encuentran desfasadas entre sí.

Un término que debería evitarse o definirse es “Corriente de Inrush”. Dicha corriente no está definida en las normas NEMA o IEC. Por tanto, en algunos casos, podría significar la corriente a rotor bloqueado en estado estable y en otros podría ser el valor pico instantáneo de la corriente de arranque u otra cosa diferente. Con relación a la corriente a rotor bloqueado en estado estable, la norma NEMA MG 1 clausula 10.37.2 asigna letras para los kVA a rotor bloqueado por caballo de potencia medidos a voltaje y frecuencia nominal, tal como lo muestra la Tabla 1.

Diferencias en la Corriente de Arranque
Para apreciar mejor las diferencias en los dos tipos de corriente de arranque, evaluaremos un motor de 25 hp a 460 voltios con kVA a rotor bloqueado letra G. Incidentalmente, las letras más comunes para motores con potencias mayores o iguales a 10 hp (7.5 kW) son F y G. La Figura 2 muestra la fórmula para calcular la corriente a rotor bloqueado en un motor. Note que la c o rriente nominal del motor no se usa en la fórmula.

Por tal motivo, utilizar guías como: “La corriente a rotor bloqueado es 5 a 8 veces la corriente nominal” en el mejor de los casos es emplear valores estimados y de acuerdo con la fórmula de la Figura 2 no se puede confiar en su exactitud. Cuando la letra kVA (CODE) no se indique en la placa de datos del motor, un mejor enfoque para calcular la corriente a rotor bloqueado, siempre que sea posible, consiste en usar la fórmula de la Figura 2 y un rango guía. Suponga que el motor se encuentra en el centro de servicio. En ese caso, la corriente a rotor bloqueado se puede calcular siguiendo el procedimiento descrito en la sección “Need Locked-Rotor Current Only?” del artículo “Working with Motor Locked-Rotor Test Data” publicado en la revista Currents en febrero del 2016.

La corriente a rotor bloqueado calculada para el motor de 25 hp se encuentra entre 176 y 198 Amperios. Para determinar el valor pico instantáneo de la corriente de arranque potencial, multiplicamos los amperios a rotor bloqueado por 1.8 y por 2.8. El resultado es un rango entre 317 (1.8 x 176) y 554 (2.8 x 198) Amperios.

Dispositivos de protección
Los dispositivos de protección pueden ser fusibles o interruptores, siendo los fusibles sin retardo y los interruptores de disparo instantáneo o de tiempo inverso. La forma en que funcionan estos dispositivos puede explicar porque la protección interrumpe el circuito del motor durante el arranque.

Los fusibles sin retardo tienen una velocidad de respuesta rápida bajo condiciones de sobre corriente, proporcionando a los componentes del circuito una protección muy efectiva contra corto circuitos. Sin embargo, las dañinas sobre cargas temporales o sobre corrientes transitorias pueden causar interrupciones molestas a menos que los fusibles estén sobre dimensionados. Los fusibles son más adecuados para circuitos con cargas inductivas como motores o transformadores, que no estén sometidos a grandes sobre corrientes transitorias y a fuertes sobrecargas temporales. Para las cargas con motores CA, puede ser necesario sobredimensionar un fusible sin retardo al 300 por ciento de la corriente nominal del motor para poder soportar la corriente de arranque. Una mejor alternativa para aplicaciones con motores es la de un fusible con retardo de tiempo.

Los fusibles con retardo de tiempo se pueden dimensionar cerca de la corriente nominal del equipo para proporcionar una protección muy efectiva contra corto circuito y una protección confiable contra sobre cargas en circuitos sujetos a sobre cargas temporales y sobre corrientes transitorias. Dependiendo del tipo de fusible, en cargas con motores CA, un fusible con retardo se puede dimensionar al 125-175 por ciento de la corriente nominal para soportar la corriente de arranque. Comparado con los fusibles instantáneos, los valores de corriente más bajos pueden proporcionar una mejor protección contra corto circuitos con menos corriente máxima instantánea y una reducción potencial en el riesgo de arco eléctrico.

Tipos de Interruptores
Los interruptores de disparo instantáneo operan inmediatamente cuando la corriente del circuito alcanza el valor de disparo ajustado en el dispositivo. Estos interruptores son solo de disparo magnético y también se denominan Interruptores de protección para motores (MCPs por sus siglas en inglés). El circuito magnético del interruptor consiste en un núcleo de hierro con una bobina arrollada en el mismo, lo que crea un electroimán. La corriente de carga pasa a través de la bobina, por lo que el interruptor dispara cuando se presenta un corto circuito. Para soportar la corriente de arranque en cargas con motores CA, puede llegar a ser necesario dimensionar un interruptor de disparo instantáneo al 800 por ciento del valor nominal de corriente alterna (hasta 1700 por ciento en motores de alta eficiencia con Diseño B).

Los interruptores con retardo tienen un mecanismo que permite demorar la función de disparo del dispositivo. El tiempo de retardo necesario disminuye a medida que la corriente aumenta. Los interruptores de tiempo inverso son termo magnéticos. Este tipo de interruptores tienen dos mecanismos de conmutación: Un interruptor bimetálico y un electroimán. La corriente que excede el valor de sobrecarga del interruptor calienta el bimetálico lo suficiente para doblar una barra de disparo. El tiempo requerido por el bimetálico para doblar la barra y disparar el circuito es inversamente proporcional a la corriente. La parte magnética del interruptor funciona igual que en un interruptor de disparo instantáneo. Para soportar la corriente de arranque en cargas con motores CA, puede ser necesario ajustar un interruptor de tiempo inverso al 300 por ciento del valor nominal de corriente alterna.

Otro tipo de dispositivo de protección es un interruptor con unidad de disparo electrónica. El disparo de estos interruptores se pueden configurar con un tiempo de retraso largo, corto, instantáneo o disparo por aterrizamiento (L,S,I,G por sus siglas en inglés). Estas características permiten al usuario diseñar un disparo a medida para la aplicación. Si los interruptores se ajustan correctamente, los beneficios adicionales incluyen la reducción de la energía térmica en eventos potenciales con arco eléctrico y una mejor protección del motor.