Control motores electricos 1

Control de motores eléctricos Fundamentos de los sistemas de control
Desde la instauración de la producción en serie, la máquina se ha convertido en
una parte vital de nuestra economía. Al principio las máquinas fueron
gobernadas principalmente a mano a impulsadas desde un eje común de
transmisión o de línea. Este eje de transmisión estaba impulsado por un motor
grande que funcionaba continuamente y accionaba cada una de las máquinas
mediante una correa cuando era necesario. Se comprende fácilmente que este
equipo de transmisión de potencia no se prestase a un nivel elevado de
producción.
Con la demanda de mayor producción, la máquina adquirió un nuevo aspecto.
Se prescindió del eje de transmisión y se introdujo el motor eléctrico en cada
máquina individualmente. Este cambio permitió realizar con más frecuencia y
más rápidamente los arranques, paradas a inversiones de la máquina. Una
pequeña máquina podía tener un pequeño motor de alta velocidad, mientras una
gran máquina contigua podía tener un motor grande de velocidad constante o
variable. En otras palabras, el taller de máquinas o la factoría llegó a ser
flexible. Al acoplar el motor de accionamiento directamente a una sola máquina
del equipo, se hizo posible introducir algunas operaciones automáticas.
Actualmente, en nuestras plantas industriales, es cada vez mayor él número de
máquinas que trabajan de modo completamente automático. El operador se
limita a iniciar el proceso, y la mayoría de todas las otras operaciones se
realizan automáticamente. El funcionamiento automático de una máquina se
obtiene exclusivamente por la acción del motor y del control de la máquina.
Algunas veces este control es totalmente eléctrico y otras veces es una
combinación de control mecánico y eléctrico. Sin embargo los principios
básicos quo se aplican son los mismos.
Una máquina moderna se compone de tres partes distintas que es necesario
considerar. Primero, la máquina propiamente dicha, que está proyectada para
realizar una determinada tarea o un tipo de trabajo. Segundo, el motor, que es
seleccionado de acuerdo con los requisitos de la máquina en cuanto a carga,
ciclo de servicio y tipo de funcionamiento. Tercero, el sistema de control, que
es el que principalmente interesa en este libro. El sistema de control está
supeditado a los requisitos de funcionamiento del motor y de la máquina. Si
únicamente es necesario que la máquina arranque, funcione durante algún
tiempo, y se pare, el control necesario puede quedar reducido a un simple
interruptor de palanca. Pero si es necesario que la máquina arranque, realice
varias funciones automáticas, se pare durante algunos segundos, y luego repita
el ciclo, requerirá varias unidades integradas de control.
El propósito de este libro es presentar los principios básicos y los componentes
del control y luego explicar cómo deben ser asociados para constituir un
sistema de control.
1-1 Definición de Control
¿Qué es un control de motor? Es una pregunta que no tiene respuesta sencilla.
Sin embargo no implica la misteriosa y complicada cuestión que vulgarmente se
cree. La palabra control significa gobierno, mando o regulación. Así, cuando
hablamos de control de un motor o máquina, nos referimos al gobierno, mando
o regulación de las funciones de dicho motor o máquina. Aplicados a los
motores, los controles realizan varias funciones, tales como las de arranque,
aceleración, regulación de velocidad, regulación de potencia, protección,
inversión y parada.
Cada elemento del equipo utilizado para regular o gobernar las funciones de
una máquina o un motor se llama componente de control. Trataremos de cada
componente en su correspondiente sección de este libro.
1
Fundamentos de los
sistemas de control

Un controlador eléctrico es un dispositivo o grupo de dispositivos que controla
o regula las funciones de un motor o una máquina de manera predeterminada o
en un orden de sucesión o secuencia asimismo predeterminado.
Panel de la red Protección del circuito
Arrancador
manual Protección en
funcionamiento
Motor
Línea
Fig. 1-1 Control manual de un motor.
1-2 Control Manual
El control manual es una forma de mando o regulación que se ejecuta
manualmente en el mismo lugar en que está situado el dispositivo de control
(fig. 1-1). El más sencillo y conocido es probablemente el arrancador manual
de pequeños motores a tensión nominal. Se utiliza frecuentemente este
arrancador donde sólo es necesario la función de control para la puesta en
marcha y parada del motor. Probablemente la principal razón de la popularidad
de esta unidad es que su coste es aproximadamente la mitad del de un
arrancador electromagnético equivalente. El arrancador manual proporciona
generalmente protección contra la sobrecarga (Sec. 2-71 y desenganche de
tensión mínima (Sec. 2-12), pero no protección contra baja tensión.
El control manual que provee las mismas funciones que las obtenidas por el
arrancador manual de motor a plena tensión se puede obtener utilizando un
interruptor con fusible del tipo de acción retardada, que proporciona la
protección del motor contra sobrecargas.
Abunda mucho este tipo de control en talleres pequeños de metalistería y
carpintería, en que se utilizan pequeñas máquinas de taladrar, tornos y máquinas
para roscar tubos. También se utiliza en los ventiladores de extracción
instalados en salas de máquinas y utilizados en ciertos procesos industriales. En
estas instalaciones el operador o el operario encargado del mantenimiento,
empuja generalmente el botón de puesta en marcha del ventilador por la
mañana cuando se abre el taller, y continua funcionando durante todo el día. Por
la noche, o cuando se cierra el taller, el operador empuja el botón parada, y el
ventilador deja de funcionar hasta que se le necesita nuevamente. Las máquinas
de soldar del tipo de motor-generador son un ejemplo de esta clase de control y
serán conocidas de la mayoría de estudiantes del control de motores.
El arranque manual a tensión reducida mediante autotransformador se emplea
extensamente para controlar los motores polifásicos de jaula en los que se
requiere el arranque a tensión reducida siendo las funciones necesarias de
control solamente las de arranque y parada. Este tipo de arrancador suele llevar
incorporada protección contra la sobrecarga, desenganche por tensión nula y
protección contra baja tensión. El arrancador tipo autotransformador se utiliza
muy frecuentemente asociado a un combinador tipo tambor con resistencias de
arranque en los motores de rotor bobinado (fig. 1-2). Esta combinación da un
completo control manual de arranque, parada, velocidad y sentido de giro.
Estos autotransformadores para el arranque a tensión reducida, se utilizan
generalmente en los motores de gran potencia, siendo frecuente su uso junto
con un combinador de tambor con resistencias conectadas al rotor en los
motores que accionan turbocompresores usados en equipos de
acondicionamiento de aire. El arranque a tensión reducida permite al motor
vencer la inercia del turbocompresor durante el período de arranque sin
absorber una intensidad excesiva. El combinador de tambor junto con las
resistencias permite regular la velocidad de un motor de rotor bobinado, que
acoplado al turbo compresor permite variar el caudal de aire acondicionado,
confiriéndole una flexibilidad que no sería posible obtener con una instalación
de velocidad constante.

Panel de la red
Control primario
Línea
Motor rotor de
anillos
Cambiador
tipo tambor
Resistencias
rotor
Fig. 1-2 Control de un motor con rotor de anillos.
Existen algunos controladores manuales cuya clasificación presentaría alguna
dificultad a causa de que realizan también funciones de control que no son
automáticas. El control manual se caracteriza por el hecho de que el operador
debe mover un interruptor o pulsar un botón para que se efectúe cualquier
cambio en las condiciones de funcionamiento de la máquina o del equipo en
cuestión.
1-3 Control Semiautomático
Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador
electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como
pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos
análogos (fig. 1-3). Probablemente los mandos más utilizados son los cuadros
de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente
económica. El control semiautomático se emplea principalmente para facilitar
las maniobras de mando y dar flexibilidad a las maniobras de control en
aquellas instalaciones en las que el control manual no es posible.
La clave de la clasificación como sistema de control semiautomático es el
hecho de que los dispositivos piloto son accionados manualmente y de que el
arrancador del motor es de tipo electromagnético. Probablemente hay más
máquinas manipuladas por control semiautomático que por control manual o
automático. Este tipo de control requiere un operador que inicie cualquier
cambio en la posición o condición de funcionamiento de la máquina. Mediante
el uso del arrancador electromagnético puede realizarse este cambio desde un
lugar o puesto de trabajo cómodo o necesario, lo que no es posible con el
control manual que debe maniobrarse en el mismo lugar en que está situado el
arrancador.
Panel de la red
Arrancador
electromagnético
Línea
Pulsadores
remotos
Motor
Fig. 1-3 Control semiautomático de un motor.

1-4 Control Automático
Un control automático está formado fundamentalmente por un arrancador
electromagnético o contactor cuyas funciones están controladas por uno o más
dispositivos piloto automáticos (flg. 1-4). La orden inicial de marcha puede ser
automática, pero generalmente es una operación manual, realizada en un panel
de pulsadores o interruptores.
Panel de la red
Arrancador
electromagnético
Línea
Pulsador
Motor
Interruptor final de
carrera
Interruptor de
flotador
Fig. 1-4 Control automático de un motor.
En algunos casos puede haber una combinación de dispositivos manuales y
automáticos en un circuito de control. Si el circuito contiene uno o más
dispositivos automáticos, debe ser clasificado como control automático. Por
ejemplo, consideremos un depósito que debe mantenerse lleno de agua entre
límites definidos y una bomba para reponer el agua cuando sea necesario. Si
equipamos el motor de la bomba con un arrancador manual y utilizamos un
operario para que lo accione cuando sea necesario, tendremos un control
manual. Supongamos que ahora sustituimos el arrancador manual por un
arrancador electromagnético y disponemos un panel de pulsadores en el pupitre
del capataz. Si mediante un timbre se le avisa cuando el agua ocupa el nivel
inferior y el nivel superior, a la vez que realiza su propio trabajo, también podrá
accionar el pulsador correspondiente cada vez que suene el timbre. Esto sería un
control semiautomático. Supongamos ahora que instalamos un interruptor de
flotador que cierra el circuito cuando el agua llega al nivel bajo previamente
determinado y lo abre cuando alcanza el nivel alto también predeterminado.
Cuando el agua llega al límite inferior, el interruptor del flotador cerrará el
circuito y pondrá en marcha al motor. El motor funcionará hasta que el agua
alcance el nivel superior, y en este instante el interruptor de flotador abrirá el
circuito y parará el motor. Esto sería un control automático.
Muchas veces se cree que un sistema automático resultará más caro que
cualquiera de los otros dos, pero si se tiene en cuenta que se ahorra el trabajo de
un operario, bien puede resultar este método más ventajoso. También se tendrá
en cuenta que el control automático resultará más exacto a causa de que no hay
retraso entre el instante en que el agua llega al nivel deseado y el cierre o la
apertura del circuito de control.
Los sistemas automáticos de control se encuentran en casi todas las
instalaciones de máquinas herramienta. Las prensas, las fresadoras, las
limadoras, los tornos revólver, máquinas herramienta de precisión y casi todas
las máquinas actuales de use común, en que se emplean interruptores
limitadores y otros dispositivos automáticos, realizan sus operaciones con más
rendimiento y más rápidamente gracias al use de sistemas automáticos de
control.
Resumen
La diferencia fundamental entre el control manual, el semiautomático y el
automático estriba en la facilidad y comodidad de maniobra del sistema. Con
control manual el operador tiene que estar situado en el lugar del arrancador
para efectuar cualquier cambio en el funcionamiento de la máquina. Con
control semiautomático el operador puede estar situado en un lugar conveniente
para poder iniciar los cambios de funcionamiento en la posición más cómoda.
Con control automático no es necesario que el operador inicie los cambios en el
funcionamiento automático, porque esta función está incluida en el sistema de
control.

Los circuitos y equipos de control pueden realizar funciones diversas. Pueden
ser agrupados en 11 tipos generales de acuerdo con el tipo de control que
ejercen sobre el motor. Cada uno de los tipos generales puede ser subdividido
en innumerables variantes, pero todas ellas tienen algunos principios
fundamentales comunes que, si se comprenden, son la clave del trabajo de
control. El propósito de este capítulo es presentar estos principios en un
lenguaje lo más claro posible.
2-1 - Puesta en Marcha de un Motor
En la selección del equipo para la puesta en marcha de un motor deben ser
tenidos en cuenta varios factores generales. Los más obvios de ellos son la
corriente, la tensión y la frecuencia nominales del motor y de los circuitos de
control. Los motores necesitan protección de acuerdo con el tipo de servicio,
tipo de motor y funciones de control que requieren.
El que se emplee un control de arranque a tensión nominal o uno a tensión
reducida puede depender de la capacidad de corriente de la instalación de la
planta y de las líneas de la compañía distribuidora de energía, así como de las
tarifas. Otros factores tales como mandos para servicio intermitente, control de
velocidad o el tipo de motor utilizado, también afectarán esta selección.
Arranque a tensión nominal. - El requisito de este tipo de arranque es
simplemente la conexión directa del motor a la línea de alimentación (fig. 2-1).
Esto se puede conseguir sencillamente utilizando un interruptor de cuchillas,
pero este método sólo permite la protección del motor mediante fusibles.
Motor
Fusible
Interruptor o
contactor
Protección en
funcionamiento
Línea
Fig. 2-1 Arranque a tensión nominal.
Para pequeños motores de potencia fraccionaria en circuitos de baja intensidad,
un simple interruptor puede ser satisfactorio, utilizándose frecuentemente. En
muchos aparatos no se emplea más que el cordón y la clavija como medios
seccionadores, junto con un pequeño interruptor para poner en marcha y parar
el motor. A causa de que el motor no queda desconectado de la línea en el caso
de que falte en ella la energía, este tipo de control de arranque puede ser
utilizado, por su economía, en el caso de ventiladores y otros dispositivos que
no peligran si se ponen nuevamente en marcha al restaurarse la energía.
Con motores de hasta 7 ½ CV y tensión no mayor de 600 voltios se puede
emplear el arrancador manual de conexión del motor directamente a la línea. La
mayoría de estos arrancadores también reúnen las condiciones de protección
contra la sobrecarga y subtensiones.
2
Control de la puesta
en marcha de motores

El arrancador que más se emplea para motores de hasta 600 CV y 600 voltios o
menos es el que dispone de un contactor electromagnético para realizar la
conexión directa del motor a línea. Este arrancador, combinado con dispositivos
piloto, puede proporcionar una absoluta protección del motor y un
funcionamiento completamente automático.
La inmensa mayoría de motores se construyen actualmente de modo que
soporten la sobreintensidad que se produce cuándo se emplea el arranque a
tensión nominal. Sin embargo no todas las líneas de plantas industriales ni
todos los equipos de las compañías distribuidoras de energía eléctrica pueden
soportar dichas sobreintensidades. Cuando un motor de gran potencia arranca a
plena tensión, puede originar una caída de tensión que sea suficiente para
impedir el funcionamiento perfecto del equipo de control. Si la caída de tensión
es considerable, puede ser causa de la disminución de intensidad en el
alumbrado de otras plantas conectadas a la misma red.
En la mayoría de instalaciones industriales la compañía penaliza, en forma de
tarifas más altas, las sobreintensidades excesivas en la línea mediante el uso de
un medidor de máximo consumo. Este medidor registra la máxima potencia
media suministrada durante un período dado de tiempo, generalmente 15
minutos. Este factor debe ser siempre tenido en cuenta cuando se decide la
adopción del método de arranque para motores de gran potencia. El costo
adicional de la energía registrada por estos contadores durante el arranque de
los motores de gran potencia mediante arranque a tensión nominal puede muy
bien exceder del costo de los equipos de arranque a tensión reducida.
Cuando se considere la adopción del arranque a plena tensión, siempre es
necesario inspeccionar los conductores de la instalación así como la capacidad
del sistema de distribución. Si la sección de los conductores es inadecuada,
debe ser aumentada o bien recurrir al arranque a tensión reducida
Arranque a tensión reducida. - Siempre que el arranque de un motor a tensión
nominal pueda causar serios descensos de la tensión en las líneas de la
compañía distribuidora o en los cables de la instalación, es casi imperativo el
arranque a tensión reducida (fig. 2-2). Existen también otras razones para el uso
de este tipo de control, debiéndose tener en cuenta todas ellas al seleccionar el
tipo de arranque del motor. Cuando se pone en marcha un motor mediante
conexión directa a la red, se produce un esfuerzo excesivo o choque en las
distintas piezas, tales como piñones, aletas de ventilador, poleas y
acoplamientos. Cuando la carga es pesada y por lo tanto requiere gran esfuerzo
su aceleración, puede ser necesario el arranque a tensión reducida. Las
transmisiones de correa con cargas pesadas son propensas a deslizamiento
excesivo a no ser que se aplique el par lenta y uniformemente hasta alcanzar la
plena velocidad.
2M
S
S
2M
1M 1M
2M
1M
Secuencia de los contactores
Contactor
1M
2M
S
Arranque
X
X
Transición
X
Función
X
X
Estrella-triángulo
1M 2M
Devanados parciales
Contactor
1M
2M
Arranque
X X
X
Función
M M M
R R
S S
Autotransformador
Contactor
M
S
R
Arranque
X
X
Transición
X
Función
X
X
Fig. 2-2 Arranque a tensión reducida
El arranque a tensión reducida se obtiene mediante el uso de resistencias,
autotransformadores o reactancias a fin de reducir la tensión de la línea hasta el
valor deseado durante el arranque. Independientemente de los medios que se

empleen para reducir la tensión, deben estar proyectados adecuadamente al
motor en particular que ha de ser puesto en marcha. No entra dentro del plan de
este libro estudiar el diseño de los arrancadores de tensión reducida, sino
señalar la necesidad de hacer una selección apropiada de acuerdo con las
especificaciones del fabricante del motor.
Otro método de arranque distinto al de tensión reducida consiste en emplear un
motor con rotor bobinado y control secundario (figura 1-2). En este sistema de
arranque se aplica la tensión nominal al primario o devanado estatórico y en
serie con el secundario o devanado rotórico se intercalan resistencias que
reducen la intensidad de arranque. Las resistencias conectadas al rotor van
eliminándose a medida que aumenta la velocidad, de forma que cuando
adquiere la velocidad de régimen quedan eliminadas y los anillos del rotor en
cortocircuito. La ventaja del control secundario es que también puede servir de
control de velocidad al mismo tiempo que permite reducir la intensidad de
arranque.
Cualquiera que sea el método empleado en el arranque a tensión reducida, hay
que tener presente que el par de arranque del motor se reduce también. Si un
motor no es capaz de producir el par de arranque suficiente para iniciar el giro
del motor en el arranque directo o a tensión nominal, la aplicación del arranque
a tensión reducida agravará la situación a causa de que el par de arranque se
reduce. El par de arranque de un motor de inducción es función del cuadrado de
la intensidad del rotor, o aproximadamente del cuadrado de la intensidad de
línea. Si la tensión de arranque se reduce en el 50 % , la intensidad de arranque
del motor se reducirá también al 50 % de la normal, pero el par se reducirá al
25% de su valor normal.
Algunos de los métodos de obtención del arranque a tensión reducida pueden
producir una aceleración nula o muy pequeña en las condiciones de arranque.
Esto requiere que la velocidad nominal se alcance después de aplicada la
tensión nominal. La intensidad de arranque en las condiciones de tensión
reducida será inferior a la correspondiente al arranque a tensión nominal. En el
momento, una vez iniciado el proceso de arranque, en que se aplique la tensión
nominal, la intensidad vuelve a adquirir el mismo valor, aproximadamente, que
tenía en el momento de arranque a tensión reducida al iniciar el proceso. A este
tipo de arranque se le denomina generalmente arranque escalonado y suele ser
utilizado para regular el régimen de variación de la intensidad absorbida por el
motor durante el período de arranque. El arranque de los motores de jaula con
arrollamientos parciales y el arranque en estrella-triángulo de los motores de
jaula pertenecen al tipo de arranque escalonado (fig. 2-2).
Control de maniobras intermitentes y de avance lento. - Las prensas, las grúas,
los elevadores y equipos análogos requieren que el motor sea arrancado
repetidamente durante cortos períodos de tiempo a fin de poner alguna parte de
la máquina en una posición determinada. Este proceso se denomina en inglés
jogging o inching. Aunque estos términos se suelen emplear indistintamente,
hay una ligera diferencia en su significado. Si el motor es arrancado a plena
potencia en tareas de corta duración, el término apropiado es dogging, o sea,
mando por arranques rápidos sucesivos. Si el motor es puesto en marcha a
velocidad reducida para que la máquina deslice hasta el punto deseado, el
término correspondiente es inching, o sea, marcha de avance lento.
Cuando se requieren maniobras de arranque intermitente, es decir, arranques
rápidos sucesivos, la potencia nominal del arrancador debe ser superior a la que
correspondería para el caso de un arranque normal. Por ejemplo, un arrancador
trifásico cuyos valores nominales sean 30 CV, 220 voltios, su potencia quedará
reducida a 20 CV para un servicio de mando de arranques intermitentes. Deberá
ser consultada la documentación del fabricante en cuanto a las especificaciones
de los arrancadores para este servicio. Las normas indicadas en las tablas 2-1 y
2-2 han sido establecidas por NEMA (National Electrical Manufacturers
Association).
2-2 Control de la Aceleración en el Arranque
Los motores de jaula no suelen prestarse muy bien al control de la variación de
velocidad y de la aceleración. Existen tipos especiales de motores de jaula
destinados a aplicaciones de dos, tres o cuatro velocidades. Este tipo de motor
de jaula para varias velocidades, no es realmente de velocidad variable, sino
que tiene varias velocidades determinadas que pueden ser utilizadas cuando se
desee o escalonadamente. Cuando se requiere velocidad ajustable, los motores
más prácticos son el de rotor bobinado con control de secundario y el de c.a. de
velocidad variable con colector.
El control manual de la aceleración o de la velocidad se puede obtener
con motores de jaula de varias velocidades haciendo que el operador cierre el
contactor apropiado de acuerdo con los requisitos de carga o de velocidad. En el
caso de motores de rotor bobinado, se maniobra manualmente un combinador

de tambor que intercalará distintas resistencias en el circuito del rotor de forma
que se obtenga la velocidad deseada.
Tabla 2-1 Valores nominales para controles magnéticos polifásicos de una sola
velocidad a plena tensión en servicio continuo
Potencia trifásica en
No
Intensidad
nominal de
c.c., amperios 110 voltios
208/220
voltios
440/550
voltios
Intensidad
límite nominal
de servicio
00 9 ¾ 1 ½ 2 11
0 18 2 3 5 21
1 27 3 7 ½ 19 32
2 45 ... 15 25 52
3 90 ... 30 50 104
4 135 ... 50 100 156
5 270 ... 100 200 311
6 540 ... 200 400 621
7 810 ... 300 600 932
8 1.215 ... 450 900 1.400
9 2.250 ... 800 1.600 2.590
Tabla 2-2 Valores nominales para controles magnéticos polifásicos de una sola
velocidad a plena tensión en servicio de frenado por contramarcha,
parada-inversión o intermitente de intervalos cortos
Potencia trifásica en
No
Intensidad
nominal de
c.c., amperios 110 voltios
208/220
voltios
440/550
voltios
Intensidad
límite nominal
de servicio
0 18 1 1 ½ 2 21
1 27 2 3 5 32
2 45 ... 10 15 52
3 90 ... 20 30 104
4 135 ... 30 60 156
5 270 ... 75 150 311
6 540 ... 150 300 621
El control automático de la aceleración se puede obtener por varios métodos.
Probablemente el más sencillo es el control de retardo fijo. En este método se
emplea un relé de acción retardada para cada paso o velocidad. Al ponerse el
motor en marcha a la velocidad más baja, se excita el primer relé de acción
retardada, el cual, pasado un tiempo determinado deja de actuar, produciendo la
excitación del segundo contactor, aumentando la velocidad hasta su segundo
escalón. Este proceso puede ser repetido en tantos pasos o escalones como sea
necesario para obtener la velocidad y la aceleración que se deseen. El principal
inconveniente de este método es que su actuación es independiente de las
condiciones de funcionamiento de la máquina, de su carga y de la corriente del
motor.
Con máquinas o equipos que no pueden ser sometidas al par motor total hasta
que la carga ha alcanzado una velocidad dada para acelerar el motor, se emplea
el sistema llamado control de intensidad máxima. En este sistema, el paso de
una velocidad a la siguiente, durante el período de arranque, se consigue
mediante relés de intensidad cuya acción se produce al disminuir la intensidad a
un valor prefijado, valor que se alcanzará cuándo el motor y la carga alcancen la
velocidad de régimen correspondiente. Este sistema es muy adecuado para
transmisiones de correa o engranajes con cargas de mucha inercia. Este método
de control debe ser proyectado especialmente para cada aplicación, debiendo
ser ajustados los relés según el motor empleado y las condiciones de
funcionamiento deseadas. Por esta razón no se hallan normalmente en el
comercio como productos de catálogo en existencia.
Otro sistema de control de aceleración durante el arranque es el llamado control
por frecuencia de deslizamiento. Este sistema se emplea en los motores de rotor
bobinado y se utiliza también para excitar el campo de los motores síncronos,
una vez alcanzada la velocidad sincrónica.
A causa de que la tensión y frecuencia del rotor en los motores de anillos es
proporcional a la velocidad, se puede utilizar un relé sensible a la frecuencia
para activar cada velocidad por pasos o escalones progresivamente. Un
inconveniente del control de la frecuencia de deslizamiento es que el arranque
debe iniciarse empezando por el primer punto o sea el de velocidad más baja.
Cuando se selecciona el método de control de aceleración habrá que tener en
cuenta varias propiedades peculiares. El control manual es sensible solamente a
la reacción del operador. El control de retardo fijo es sensible sólo al lapso de
tiempo. El control de intensidad máxima es sensible a la carga aplicada al
motor. El control por frecuencia de deslizamiento es sensible a la velocidad del
motor.
Es muy posible que en ciertas aplicaciones específicas se pueda emplear una
combinación de dos o más de los sistemas de control mencionados para
conseguir que el motor sea sensible a más de uno de estos factores. Tal
controlador tendrá que ser especialmente construido para satisfacer los
requisitos específicos de la instalación.

2-3 Arranque de Motores de Jaula de Varias Velocidades
Los motores de jaula con una sola velocidad son generalmente puestos en
marcha por arrancadores electromagnéticos directos. Un motor de jaula de
varias velocidades requiere un controlador cuya construcción especial sea
adecuada para sus arrollamientos.
Alta
Alta Alta Alta
Alta
Baja Baja Baja
1L 2L 3L
1T
2T 3T
4T 5T
6T
Polos consecuentes: 2 velocidades
4 polos: alta velocidad 8 polos: baja velocidad
Fig. 2-3 Control de motor jaula de dos velocidades
Los motores de dos velocidades pueden tener dos arrollamientos independientes
en el estator o ser de tipo de polos consecuentes (figura 2-3) el cual sólo posee
un arrollamiento en el estator. En el motor de polos consecuentes, las dos
velocidades se obtienen mediante diferente conexión de las bobinas del
arrollamiento de modo que según una a otra conexión se obtiene uno y otro
número de polos en el estator. Es característico de este tipo de motor que la
relación de velocidades es de 2 a 1. Los motores de tres velocidades tienen
usualmente un arrollamiento para una velocidad y un segundo arrollamiento del
tipo polos consecuentes para las otras dos velocidades. Los motores de cuatro
velocidades están devanados usualmente con dos arrollamientos, ambos de
polos consecuentes. El número de contactores, el orden en que se cierran y el
número y tipos de unidades de sobrecarga necesarias depende del método de
obtención de las varias velocidades.
2-4 Arranque de Motores de Rotor Devanado
Motor de rotor devanado es esencialmente lo mismo que un motor de jaula
excepto que tiene determinados arrollamientos en lugar de barras en
cortocircuito en el rotor. Mediante la conexión de resistencias en el circuito del
rotor con un combinador de tambor o con contactores, puede ser controlada la
velocidad en cualquier número de escalones o pasos. El método más común de
puesta en marcha de motores de rotor devanado es el de conectar directamente a
la red el devanado estatórico mediante interruptor manual o un contactor,
relacionado con un combinador que intercalará las resistencias de arranque en el
devanado del rotor (fig. 2-4). El control de secundario o rotor puede ser un
combinador de tambor manual o accionado por motor, un reóstato líquido o un
contactor electromagnético diseñado para control secundario. Este control
puede tener por finalidad únicamente el arranque y tener sólo dos o tres
escalones, o bien el control de velocidad y tener cualquier número de escalones.
1º
velocidad
2º
velocidad
3º
velocidad
4º
velocidad
Control secundario
Motor de anillos
rozantes
Control
primario
Fig. 2-4 Control de motor anillos rozantes

Es necesario que haya un enclavamiento entre los controladores primario y
secundario para impedir el arranque del motor cuando no está toda la resistencia
intercalada en el circuito secundario.
El circuito secundario puede tener un control de resistencia o de reactancia. Se
tratará de éstos con detalle en el capítulo 3.
2-5 Arranque de Motores Sincrónicos
El motor sincrónico arranca como uno de jaula y con una resistencia conectada
al arrollamiento .inductor para disipar la corriente generada en este
arrollamiento durante el arranque (fig. 2-5). Generalmente el sistema de
arranque es del tipo de tensión reducida con la adición de un relé sensible a la
frecuencia de deslizamiento o de conexión del inductor, para que cuando el
rotor alcance aproximadamente el 95 % de la velocidad sincrónica, los
devanados inductores sean alimentados automáticamente con corriente
continua. El relé de frecuencia de deslizamiento debe también eliminar la
excitación del campo y conectar la resistencia de campo si el motor pierde el
sincronismo ya que si no se suprime la excitación, el arrollamiento del estator
quedará sometido a una sobreintensidad peligrosa. El motor sincrónico debe
estar provisto de relé de secuencia incompleta para protegerlo durante su puesta
en marcha en el caso de no completarse la secuencia de arranque. También debe
estar provisto de medios para ajustar la excitación de campo.
La anterior descripción del arranque como motor de jaula puede parecer
excesivamente simplificada, por ser de carácter general y aplicable a todos los
motores sincrónicos. Para una aplicación específica de un determinado tipo de
estos motores, se deberá consultar la documentación del fabricante. Muchos
motores sincrónicos están proyectados para aplicaciones específicas y varían
algo de estas ideas generales del arranque aquí expuestas, requiriendo equipo o
circuitos adicionales.
2-6 Selección de los Equipos de Arranque
Cuando se seleccionan los equipos o controladores de arranque se deben tener
en cuenta varias circunstancias. A continuación se incluyen algunas preguntas a
las que hay que dar una respuesta antes de seleccionar un controlador:
Contactor de
arranque
Resistencia de
descarga del
inductor
Generador
de c.c.
Marcha
Arranque
Autotransformador
Control de la excitación
Contactor de
marcha
Fig. 2-4 Control de motor sincrónico
1. ¿Está proyectado para el tipo de motor que se va a emplear?
2. ¿Requiere el motor arranque a tensión reducida?
3. ¿Es necesario control de velocidad?
4. ¿Ofrece el controlador todas las clases de protección que son ne-
cesarias?
5. ¿Son correctas las tensiones de línea y de control, así como la
frecuencia?
Analizando los requisitos de la máquina y del motor antes de seleccionar el
controlador se evitan confusiones onerosas.

2-7 Protección Contra la Sobrecarga
La sobrecarga de un motor puede ser de origen mecánico o eléctrico; por
consiguiente, la protección contra la sobrecarga debe satisfacer a ambas. La
corriente que absorbe de la línea un motor es proporcional a la carga aplicada al
motor, así pues, si esta corriente se emplea para activar el dispositivo de
protección contra la sobrecarga, la máquina y el motor estarán protegidos.
La protección contra las sobrecargas generalmente se obtiene en los
controladores conectando elementos térmicos bimetálicos en serie con dos
conductores del motor, por lo menos en los motores trifásicos (figura 2-6).
Estos elementos térmicos, al calentarse debido a la intensidad, actúan sobre
contactos que abren el circuito de la bobina excitadora de un contactor
electromagnético. Cuando se utilizan en arrancadores o controladores manuales,
los elementos térmicos disparan un dispositivo mecánico que abre los contactos
del interruptor de línea.
M
Protección
normal
Protección
completa
Fig. 2-6 Elementos protectores contra sobrecarga para motores trifásicos.
Este tipo de dispositivo contra sobrecargas es sensible al porcentaje de
sobrecarga; por tanto, una pequeña sobrecarga tardará algún tiempo en disparar
el relé, mientras una sobrecarga grande abrirá casi instantáneamente el circuito.
Sin embargo el relé contra sobrecargas no proporciona protección en caso de
cortocircuito. Es muy posible que en condiciones de cortocircuito el relé se
mantenga atraído durante suficiente tiempo para que el motor y el equipo sufran
un daño considerable.
Sería imposible subestimar la necesidad de hacer una selección correcta del
equipo protector contra sobrecargas. En la selección de los elementos térmicos
de los relés de sobrecarga habrá que atenerse a la intensidad nominal de
funcionamiento indicada por el fabricante del motor. La práctica demasiado
frecuente de aumentar el valor nominal del elemento térmico rebasando el valor
requerido es probablemente la causa principal de los fallos de motores en las
plantas industriales. Cuando un motor dispara reiteradamente sus dispositivos
contra sobrecarga, deberá efectuarse una verificación meticulosa de la corriente
que absorbe realmente a fin de determinar si el defecto radica en el dispositivo
protector contra sobrecarga o es que el propio motor absorbe una corriente
excesiva. Si ocurre esto último, habrá que determinar si está originado por una
sobrecarga mecánica o porque los arrollamientos del motor están defectuosos.
Actualmente ocurre muchas veces que las primas de producción inducen al
operario a exigir de su máquina más potencia de la que corresponde al motor
que la acciona haciendo que éste trabaje forzado. La práctica de regular la
protección contra sobrecarga para una intensidad mayor que la admisible
conducirá a hacer más frecuentes los períodos de inactividad del equipo cada
vez que sea necesario rebobinar o reemplazar el motor por avería.
Cuando falle una fase de un circuito del motor, éste trabajará como monofásico,
lo que será causa de una intensidad excesiva en los otros arrollamientos y
conductores del motor. En la mayoría de los casos, la sobreintensidad hará que
se disparen las unidades de sobrecarga, desconectando así el motor de la línea e
impidiendo que se quemen sus devanados. En ciertas condiciones de carga es
posible que el motor trabaje como monofásico por la falta de una fase sin que
lleguen a actuar los dispositivos térmicos y se quemen sus devanados, aunque el
dispositivo de protección disponga de dos elementos térmicos. Por esta razón,
muchos ingenieros y constructores consideran la necesidad de un tercer
elemento térmico para mejorar la protección en caso de fallo de una fase.
2-8 Protección Contra Cortocircuitos
Los motores de jaula y otros de corriente alterna pueden absorber hasta 600 %
de la intensidad nominal en condiciones severas de arranque. Cualquier carga
que exceda de este límite se considera como corriente de cortocircuito. Como
los relés térmicos antes mencionados necesitan un cierto tiempo para entrar en
acción, no pueden proporcionar protección contra los cortocircuitos. La línea
que alimenta a un motor debe estar provista de cortacircuitos fusibles o de un
dispositivo automático que interrumpa rápidamente la corriente en el caso de

cortocircuito en el motor. Los fusibles deben abrir el circuito mucho más
rápidamente que los relés de sobrecarga en condiciones de cortocircuito.
Probablemente la mejor protección se obtiene con un dispositivo doble que
comprenda el fusible para el caso de cortocircuito y un elemento interruptor que
actúe en caso de sobreintensidad.
Muelle
Elemento térmico Elemento fusible
Fig. 2-7 Fusible del tipo cartucho con dos elementos.
El cortacircuitos representado en la figura 2-7, está formado por dos elementos,
uno fusible que en caso de cortocircuito fundirá y abrirá rápidamente el circuito,
y un elemento térmico que actuará con cierto retardo abriendo el circuito en el
caso de una sobreintensidad que no afecte al fusible. El resultado definitivo del
uso del cortacircuitos indicado en el circuito del motor, es obtener protección
contra cortocircuitos mediante el elemento fusible y además un grado de
protección contra sobrecargas mediante el elemento térmico. Este tipo de
fusible se emplea extensamente como único medio de protección en motores
pequeños de potencia fraccionaria.
El uso de estos dispositivos para la protección contra cortocircuitos ofrecen un
retardo de tiempo que permite la sobreintensidad de arranque sin que se abran
los contactos del mecanismo térmico. Este retardo es inversamente proporcional
a la intensidad de la corriente. Cuanto mayor es la sobrecarga, más corto es el
tiempo necesario para que se abra el circuito.
2-9 Protección Límite o de Fin de Carrera
La protección límite, como su nombre implica, tiene como misión limitar
alguna operación de la máquina o de su motor impulsor. El tipo más conocido
es el de control fin de carrera utilizado para limitar el desplazamiento de una
herramienta de corte o mesa a otra parte de la máquina herramienta. Cuando la
herramienta llega a una posición predeterminada, activa a un interruptor fin de
carrera, haciendo que se invierta el sentido de giro del motor y la máquina
vuelva al otro extremo de su carrera. Hay otros tipos de protección limite, tales
como los de sobre o subvelocidad de la máquina impulsada. También hay
controles de límite que no reactivan la máquina y simplemente paran el motor
hasta que han sido efectuadas las correcciones por el operario.
Este tipo de protección se consigue mediante el uso de interruptores fin de
carrera, de los cuales trataremos después. Fundamentalmente, un interruptor fin
de carrera es simplemente un interruptor accionado por un tope mecánico que la
máquina traslada en su movimiento y que en una posición dada abre el
interruptor. Los interruptores fin de carrera son uno de los dispositivos de
control que más frecuentemente se utiliza actualmente en las máquinas.
2-10 Protección por Enclavamiento
El enclavamiento evita el que un motor pueda ser puesto en marcha antes que
otro, si en ello hay inconveniente, y en general que pueda realizarse una
maniobra antes o después del momento que le corresponda. El
acondicionamiento de aire presenta un ejemplo típico. Si el compresor
funcionase sin estar en servicio la bomba de la torre de enfriamiento, la presión
aumentaría peligrosamente en el compresor, y el relé manométrico de presión
límite pararía la máquina, o de lo contrario el compresor resultaría deteriorado.
Para evitar que esto ocurra, el circuito del motor del compresor debe estar
relacionado con el de la bomba para que no pueda arrancar hasta que ésta esté
funcionando.
El enclavamiento puede ser eléctrico, mecánico o combinación de ambos. Los
arrancadores inversos en que ambos arrancadores están en la misma caja tienen
generalmente un enclavamiento mecánico y algunas veces un enclavamiento
eléctrico. Cuando las dos unidades que deben ser mutuamente enclavadas están
en dos cajas separadas (figura 2-8), es necesario el enclavamiento eléctrico.
Éste se obtiene conectando un contacto auxiliar en un arrancador, en serie con
el circuito de la bobina del segundo arrancador.
Aunque aquí nos referimos únicamente al enclavamiento aplicado a los
motores, es de señalar que el enclavamiento se utiliza en todas las fases de las
conexiones de control cuando interviene en el arranque de un motor o en el
cierre de válvulas en una instalación de control de proceso. El uso del control de

enclavamiento asegura la sucesión o secuencia correcta de las operaciones en
todo el sistema de control.
Contacto auxiliar
Arrancador No 1 Arrancador No 2
Motor No 1 Motor No 2
Pulsador
Línea
Fig. 2-8 Dos arrancadores con enclavamiento que permite el arranque
automático del motor 2 una vez funcione el motor 1.
2-11 Control de Velocidad
Los motores de jaula no se prestan a ningún sistema de control de variación
continua de la velocidad, pero puede obtenerse éste en dos, tres o cuatro
velocidades de acuerdo con la construcción del motor. Hemos tratado de esto en
el control de aceleración. El motor de c.a. más apropiado para el control de
velocidad es el de rotor devanado, llamado también motor de anillos. Mediante
el uso del control rotórico o secundario, este tipo de motor puede tener tantos
escalones de velocidad como se desee. Los métodos de control de los motores
de anillos se explican más detalladamente una vez estudiados los combinadores.
Otro tipo de motor de c.a. que proporciona excelente control de velocidad es el
de colector.
Hay cuatro tipos generales de control de velocidad, que dependen de los
requisitos de la máquina:
Control de velocidad constante. - Muchas máquinas requieren una reducida
aceleración durante el arranque y luego una velocidad constante en
funcionamiento. Este tipo de control de velocidad se puede obtener mediante el
arranque a tensión reducida en el caso de motor de jaula, de rotor devanado o
sincrónico. Sin embargo habrá que tener en cuenta que el arranque a tensión
reducida da también invariablemente un par reducido de arranque.
Control de velocidad regulable. - Este control se emplea cuando el motor debe
poder funcionar a distintas velocidades a voluntad del operador. El mejor medio
de obtener este tipo de control es mediante el uso de un motor de rotor
devanado con control rotórico o bien el uso de un motor de c.a. del tipo de
colector. Este tipo de control requiere que se pueda variar la velocidad bajo
carga.
Control de varias velocidades. - Este tipo de control difiere solo ligeramente
del de velocidad regulable en que usualmente no se requiere cambiar la
velocidad bajo carga. El motor de jaula de varias velocidades es muy adecuado
para esta clase de servicio.
Control de velocidad predeterminada. - Con este tipo de control la máquina es
acelerada pasando los escalones necesarios de velocidad hasta alcanzar una
velocidad de funcionamiento preajustada. Los motores de jaula de varias
velocidades y los de rotor devanado son adecuados para este tipo de servicio.
La instalación de todos los tipos mencionados de control de velocidad se debe
hacer de modo que el operador pueda variar el orden de sucesión o secuencia de
las operaciones. Sin embargo es muy frecuente que el sistema de control
induzca al operador a arrancar en un punto particular de la secuencia y luego
siga ésta sin variación. Cuando el control es de este tipo, se le llama control de
secuencia obligada. Este término se aplica también a sistemas de control que,
aunque no sean precisamente de velocidad, en ellos el operador esté obligado a
seguir un orden establecido en las operaciones.
2-12 Protección de Mínima Tensión y Tensión Nula
La tensión de la línea que alimenta los circuitos del motor puede disminuir
hasta valores peligrosamente bajos o puede anularse en un instante imprevisto.
Cuando la tensión es demasiado baja, los arrollamientos del motor se pueden
deteriorar gravemente si quedan conectados a la línea. Por esta razón algunos

motores de gran potencia emplean un relé especial de tensión para desconectar
el motor en el caso de que la tensión descienda a valores peligrosos para el
motor. En la mayoría de los motores de poca potencia esta misión queda
encomendada a los relés de sobrecarga que abrirán el interruptor o contactor.
Si el circuito de control es tal que el motor se pone por sí solo en marcha
cuando la tensión de la línea vuelve a tener su valor correcto, la protección se
denomina de desconexión por mínima tensión. El uso de dispositivos piloto de
contacto mantenido en los arrancadores electromagnéticos proporciona este tipo
de protección.
Si la protección utilizada requiere que el motor sea puesto nuevamente en
marcha a mano, el dispositivo protector se llama protección por tensión nula. El
uso de dispositivos piloto de contacto momentáneo en los arrancadores
electromagnéticos proporciona este tipo de protección.
El uso de protección contra tensión mínima o tensión nula depende de los
requisitos de la máquina. Los ventiladores, radiadores eléctricos y muchas otras
pequeñas unidades de una instalación pueden funcionar más convenientemente
con protección de mínima tensión, lo que evita la necesidad de ponerlos
nuevamente en marcha manualmente. En cualquier máquina en que haya el más
ligero riesgo para ella o para la seguridad del operador por un arranque
inesperado, se deberá emplear protección de tensión nula.
2-13 Protección Contra el Fallo de Fase
Cuando en un motor trifásico se interrumpe la corriente en una fase, se dice que
éste queda en funcionamiento monofásico. Ordinariamente las unidades de
protección contra sobrecarga dispararán el arrancador y desconectarán de la
línea al motor. Sin embargo, puede suceder que la intensidad debida a la carga
que en ese momento tenga que soportar el motor no sea la suficiente para actuar
las protecciones de sobrecarga. Esto ocurre generalmente con el 65 % de carga
en la mayoría de motores de jaula. En motores pequeños el riesgo se considera
generalmente demasiado pequeño para que esté justificado el costo de la
protección adicional. Para motores de gran potencia se dispone un relé de
tensión para cada fase, y sus contactos se conectan en serie con la bobina de
retención del contactor del arrancador. El fallo de una fase hará que se
desconecte el arrancador inmediatamente.
El uso de tres unidades de relé de sobrecarga en el arrancador proporciona una
protección contra el fallo de fase que se considera generalmente adecuada para
la mayoría de instalaciones de hasta 100 CV.
2-14 Protección Contra Inversión de Fases
Algunas máquinas pueden resultar gravemente deterioradas cuando los motores
giran en sentido contrario, como ocurriría con una inversión de fases. Aunque
no es muy utilizado este tipo de protección, cuando sea necesario debe utilizarse
para evitar mayores daños.
La protección contra la inversión de fase se puede conseguir utilizando un relé
sensible a la fase con sus contactos en serie con la bobina del contactor del
arrancador.
2-15 Protección Contra Secuencia Incompleta
Cuando se utiliza el arranque a tensión reducida en un motor hay peligro de que
los arrollamientos de éste o del autotransformador o ambos se deterioren por
funcionamiento prolongado a tensión reducida. Para impedirlo y asegurar que
se complete el ciclo de arranque, se conecta un relé térmico a la línea durante el
arranque. Este relé está proyectado y conectado de modo que el arranque
prolongado haga que la unidad térmica del relé abra sus contactos y desconecte
al arrancador. Este tipo de protección es también necesario en los arrancadores
de motores sincrónicos.
Otro método de obtener una protección contra secuencia incompleta en el
arranque de motores es el uso de un relé temporizado que desconecte el motor
si no se ha completado su secuencia de arranque en un intervalo de tiempo
predeterminado.
2-16 PARADA DEL MOTOR
Hay varios factores que deben ser tenidos en cuenta en la parada de un motor.
En algunas máquinas todo lo que se necesita es que se interrumpa o abra el
circuito del motor y dejar que éste siga girando por inercia hasta que se pare.
Sin embargo, no todas las máquinas permiten que el motor quede sometido

únicamente a su inercia. Por ejemplo, un grúa o montacargas no sólo se debe
parar rápidamente, sino que también debe mantener cargas pesadas. Otras
máquinas, tales como las esmeriladoras o rectificadoras de roscas, deben parar
muy bruscamente, pero no necesitan mantener una carga.
El método de parada puede ser manual o automático. La parada automática se
consigue mediante el uso de interruptores fin de camera, de flotador, u otros
dispositivos piloto automáticos. La parada manual es controlada por botones
pulsadores, interruptores, u otros dispositivos piloto accionados manualmente.
El método más general de parada es simplemente desconectar el motor de la
línea interrumpiendo el circuito de la bobina del contactor, si se trata de un
arrancador electromagnético, o disparando los contactos de un arrancador
manual, con un botón de parada.
Con motores que deben ser parados muy rápida y exactamente pero que no
necesitan soportar una carga, el método que más se emplea es el llamado de
frenado por contracorriente o contramarcha. Esto se consigue utilizando un
interruptor de frenado automático o un pulsador juntamente con un contactor
inversor.
Con cualquiera de estas unidades, el arrancador del motor se desconecta y luego
es activado momentáneamente en sentido contrario. La inversión momentánea
frena al motor por medio de la contracorriente y produce una parada brusca.
Este tipo de parada no sirve para grúas ni montacargas a causa de que el motor
parado, por sí solo, no puede mantener la carga.
Cuando se trata de equipos tales como grúas y montacargas, hay que tener en
cuenta que la carga tiene tendencia a hacer girar al motor en el sentido de
descenso de la carga. Esto es lo que se llama carga de transporte adicional.
Cuando se emplean motores de c.a. suelen ser del tipo de rotor devanado y la
parada va precedida de una disminución progresiva de la velocidad con el fin de
anular en lo posible el efecto de arrastre del motor por la carga. Tan pronto
como el motor queda desconectado de la línea, actúa automáticamente un freno
mecánico (fig. 2-9) que retiene al eje del motor conectado a la carga.
Cuando se emplean motores de c.a., el efecto de arrastre del motor por la carga
es disminuido con un frenado dinámico y a continuación, una vez alcanzada una
velocidad pequeña, se hace actuar el freno mecánico.
Algunas veces la parada de los motores sincrónicos se efectúa utilizando el
frenado dinámico. Esto se realiza desconectando el motor de la línea y
conectando resistencias en bornes del motor, lo que momentáneamente
convierte al motor en un generador de c.a. La resistencia presenta una pesada
carga al generador, haciendo que éste se pare rápidamente. Hay que tener la
precaución de utilizar una resistencia capaz de disipar la potencia generada
mientras se está parando el motor. También hay que tener en cuenta que este
tipo de parada no se puede utilizar para paradas frecuentes a causa de que hay
que dar tiempo a las unidades de resistencia para que se enfríen entre
operaciones sucesivas.
Control del motor Protección del circuito
Motor
Control del freno
Freno
Fig. 2-9 Frenado mecánico.
2-17 Puesta en Marcha de Motores de C.C.
Cualquier dispositivo que se utilice para poner en marcha un motor de c.c. de
más de ¼ CV debe disponer de algún medio de limitar la intensidad de
arranque. Un motor de c.a. ofrece una alta impedancia lo que limita la
intensidad de arranque. El motor de c.c. ofrece sólo la baja resistencia del
inducido para limitar la intensidad de arranque hasta que el motor comienza a
girar.
Una vez iniciada la rotación, el arrollamiento del inducido comienza a cortar el
flujo producido por el campo, y se genera una f.e.m. en el inducido, de
polaridad opuesta a la de la tensión aplicada y que se denomina fuerza
contraelectromotriz (f.c.e.m.). El valor de la fuerza contraelectromotriz
aumenta con la velocidad, hasta que a velocidad nominal es del 80 al 95 % de la
tensión aplicada.

La intensidad del inducido se calcula restando la fuerza contraelectromotriz de
la tensión aplicada y dividiendo la diferencia por la resistencia del inducido.
Cuando éste está en reposo, la fuerza contraelectromotriz es nula, por lo que la
corriente del inducido es igual a la tensión aplicada dividida por la resistencia
del inducido, que es muy baja, generalmente de 1 a 2 ohmios o menos.
Excitación serie
A
LíneaExcitación
derivación
Resistencia
de arranque
Motor mixto
A
LíneaExcitación
derivación
Resistencia
de arranque
Motor derivación
A
Línea
Resistencia
de arranque
Motor serie
Excitación serie
Fig. 2-10 Conexiones del reóstato de arranque en c.c.
Si suponemos una resistencia de inducido de 0,85 ohmios y una tensión
aplicada de 110 voltios, la intensidad de arranque será de 129,4 amperios. A
velocidad nominal la fuerza contraelectromotriz será aproximadamente 100
voltios y limitará la intensidad a 11,8 amperios. La corriente de arranque
quedará limitada al 150 % aproximadamente de la corriente de plena carga
conectando una resistencia de 650 ohmios en serie con el inducido.
La resistencia serie debe ser suprimida en escalones cuando la aceleración del
motor produce una fuerza contraelectromotriz creciente y reduce la resistencia
necesaria, hasta que a la velocidad de régimen se elimina toda la resistencia. Un
motor de c.c. desarrolla su máxima potencia cuando la fuerza
contraelectromotriz time su valor máximo.
Cuando se emplean motores de excitación serie o mixta (compound), la
resistencia de arranque se conecta en serie con el inducido y con el devanado de
la excitación serie. El motor derivación no posee devanado, no tiene campo
serie, y por consiguiente la resistencia se conecta en serie únicamente con el
inducido (fig. 2-10).
2-18 Control de la Velocidad en los Motores de C.C.
Los motores de c.c. se utilizan principalmente por la facilidad de controlar su
velocidad, por lo que son muy adecuados para el accionamiento de muchas
máquinas.
Cuando un motor de c.c. tiene aplicadas sus tensiones nominales en el inducido
y en el inductor o campo, gira a su velocidad de régimen. Las velocidades
inferiores a ésta se obtienen manteniendo la tensión del campo en su valor
nominal y reduciendo la tensión del inducido. Las velocidades superiores a la
de régimen se obtienen manteniendo la tensión del inducido en su valor
nominal y reduciendo la tensión aplicada a la excitación.
La velocidad del motor serie se controla mediante resistencias conectadas en
serie con el inducido y el inductor. Las resistencias utilizadas para controlar la
velocidad deben estar dimensionadas para un servicio continuo, a diferencia de
las de arranque dimensionadas sólo para el período de arranque, ya que están
siempre en servicio mientras se utilice el motor a velocidad inferior a la
nominal.
El combinador más utilizado en los dispositivos de control de velocidad de los
motores series es el de tambor, empleado conjuntamente con resistencias tipo
parrilla para servicio pesado.
Los motores derivación y mixtos se prestan bien a aplicaciones en que la
consideración más importante es el control de velocidad. Cuando la velocidad
deseada es superior a la de régimen (control de sobrevelocidad), se intercalan
resistencias en serie con el devanado en derivación. Cuando la velocidad
deseada es inferior a la de régimen (control de subvelocidad), se disponen
resistencias en serie con el inducido.

El control manual que más se emplea para variar la velocidad de motores
derivación y mixto (compound) es la combinación de un arrancador de cuatro
posiciones y un regulador de velocidad (sección 3-14).
Resumen
Al lector que comienza el estudio del control de motores le puede parecer que
nunca aprenderá todas las funciones que el circuito de control de un motor o de
otro dispositivo puede realizar. Los adelantos en este campo son tan rápidos que
casi diariamente se consigue alguno. Sin embargo, cuando se analizan
detenidamente, la mayoría de ellos son simples variantes de las funciones
básicas explicadas en este capítulo. Se deberá tener presente que el proyecto, la
instalación y la reparación del equipo de control depende de la perfecta
comprensión de los requisitos de la máquina y de las características del motor.
Preguntas de repaso
1. ¿Qué se entiende por control de un motor?
2. ¿Cuáles son los tres tipos básicos de control de motor?
3. Enumerar los dos tipos de control de arranque.
4. ¿Cuántos tipos de protección existen para los motores?
5. ¿Afectan las condiciones de funcionamiento del motor al tipo de control
que debe ser empleado?
6. ¿Qué diferencia hay entre los controles automáticos y los semiautomáticos?
7. ¿Qué factores es necesario considerar cuando se selecciona un equipo de
arranque?
8. ¿Cuáles son los dos métodos básicos de arranque a tensión reducida?
9. ¿Cómo puede ser controlada automáticamente la aceleración de los
motores?
10. Los arrancadores inversores deben estar equipados con alguna forma de
para evitar que ambos arrancadores se cierren al mismo tiempo.
11. Cuando a un motor se le invierte momentáneamente el sentido de giro para
pararlo, a este frenado se llama
12. ¿Afecta el porcentaje de sobrecarga al tiempo que tarda en desconectar el
relé de sobrecarga al arrancador?
13. ¿Qué diferencia hay entre protección contra sobrecarga y protección contra
cortocircuito?
14. ¿Qué es protección contra secuencia incompleta, y en qué dos tipos de
motores se utiliza más?

Control de motores eléctricos Componentes de control
Una vez determinadas las funciones de control que son necesarias para una
máquina, deben ser seleccionados los componentes o dispositivos que realicen
estas funciones. La selección debe hacerse meticulosamente. Por ejemplo, si es
necesario un interruptor de flotador y su ciclo de servicio comprende sólo
algunas operaciones por día durante un año, puede ser satisfactoria una unidad
barata. Sin embargo, si el ciclo de servicio es de algunos centenares de
operaciones por día permanentemente, se deberá utilizar la unidad de mejor
calidad que se pueda adquirir. Las pequeñas reducciones de costo conseguidas
mediante el uso de componentes baratos suelen ser pronto contrarrestadas por
costosos tiempos de parada debidos a averías de los componentes o defectos de
funcionamiento. En este capítulo estudiaremos cada uno de los tipos básicos de
componentes de control, así como su funcionamiento, tanto eléctrico como
mecánico, y algunas de las funciones que puede realizar.
Aconsejamos al lector que adquiera de los fabricantes catálogos de piezas o
componentes de control para utilizarlos como ulterior referencia en el estudio
de este capítulo. Cuanto más familiarizado esté el lector con los equipos de
diversos fabricantes y con el funcionamiento de estos equipos, mejor preparado
estará para repararlos en el servicio.
3-1 Seccionadores e Interruptores
Uno de los componentes más utilizados en la conexión y desconexión de
motores es el interruptor. Los dispositivos de conexión y desconexión que
generalmente se emplean en el control y maniobra de motores se clasifican en
dos tipos generales. El primero de ellos es el seccionador cuyas características
son solamente la intensidad y la tensión, es decir, no son aptos para la ruptura ni
el cierre por lo que no deben ser utilizados en las conexiones y desconexiones
bajo carga. Generalmente no van provistos de fusibles.
El segundo tipo es el llamado propiamente interruptor, siendo capaz de
interrumpir la corriente del motor bajo sobrecargas normales, siendo una de sus
características nominales la intensidad o potencia que puede interrumpir o
conectar, pudiéndose utilizar como interruptor de arranque de los motores
dentro de estos limites (Sección 2-1). Cuando se le utiliza para la desconexión y
protección del circuito del motor, este interruptor debe ir provisto de fusibles.
Los disyuntores o interruptores automáticos presentan las mismas propiedades
de desconexión que los interruptores y las protecciones de circuito con fusible.
Estos interruptores poseen un mecanismo de retención con desenganche
mediante dispositivo térmico, de modo que permite conectarse nuevamente una
vez pasada la sobrecarga formando una sola unidad que ofrece al mismo tiempo
función de conexión, desconexión y protección contra cortocircuito, lo que hace
que esta unidad sea más compacta que el conjunto de interruptor y fusible
separados.
Los interruptores y los disyuntores pueden realizar las funciones de arranque
(Sec. 2-1), parada (Sec. 2-16), protección contra sobrecargas (Sec. 2-7), y
protección contra cortocircuitos (Sec. 2-8), dependiendo su aplicación de sus
características nominales.
3-2 Contactores
El contactor, generalmente, no es el único elemento empleado en los circuitos
de control de motores, pero sí la unidad básica. Los contactores se utilizan para
realizar las funciones de arranque y parada de diversos receptores tales como
hornos eléctricos, anuncios luminosos y equipos similares que no requieren otra
protección en su funcionamiento.
3
Componentes de control

Quizá la mejor manera de describir un contactor sea decir que es un interruptor
de accionamiento electromagnético. Se compone de un juego de contactos fijos
y un juego de contactos móviles que se cierran por el efecto de tracción de un
electroimán. La mayoría de contactores utilizan un electroimán y un dispositivo
de contactos que corresponde a uno de dos tipos generales. El primero de ellos
es el tipo de armadura (fig. 3-1). Los contactos son retenidos por efecto de las
piezas polares del electroimán y articulados con charnelas para que puedan
desplazarse más o menos horizontalmente hasta tocar los contactos fijos.
Fig. 3-1 Contactor tipo armadura.
El segundo es el tipo de solenoide (fig. 3-2). En este contactor los contactos son
accionados por el extremo superior del núcleo magnético de un solenoide.
Cuando es excitado el solenoide, el núcleo es atraído hacia su interior elevando
así verticalmente los contactos hasta encontrar los contactos fijos sujetos al
soporte del solenoide.
Independientemente de que el contactor sea del tipo de armadura o del tipo de
solenoide, los contactos se separan, interrumpiendo el circuito por la acción de
la gravedad cuando se desexcita el electroimán.
Todo lo que es necesario eléctricamente para que funcione el contactor es
aplicar a la bobina del electroimán una tensión del valor correcto. Cuando es
aplicada la tensión, los contactos se cierran, y cuando deja de ser aplicada la
tensión, los contactos se abren.
Fig. 3-2 Contactor tipo solenoide.
3-3 Relés
Los circuitos de control automático contienen generalmente uno o más relés,
principalmente a cause de que el relé confiere flexibilidad a los circuitos de
control. El relé es por su propia construcción un amplificador mecánico.
Recapacitemos un momento acerca del significado de la palabra amplificar.
Significa aumentar, ampliar, extender o incrementar. Cuando nosotros
activamos o excitamos la bobina de un relé con 24 voltios y los contactos están
controlando un circuito de 440 voltios, estamos amplificando la tensión
mediante el uso del relé. Las bobinas del relé só1o necesitan una corriente muy
pequeña para su funcionamiento y se utilizan para controlar circuitos de

corrientes intensas. Así pues, también son amplificadores de corriente. El relé
es inherentemente un dispositivo de una sola entrada que sólo requiere una sola
tensión o corriente pare activar su bobina. Sin embargo, utilizando varios
contactos, el relé se puede convertir en un dispositivo de varias salidas, por lo
que también puede considerarse como amplificador del número de operaciones,
siendo controladas por una sola entrada.
Supongamos que disponemos de un relé cuya bobina funciona con 110 voltios y
1 amperio, y que los contactos de este relé controlan tres circuitos separados
que funcionan con 440 voltios y 15 amperios cada una. Este relé se convierte en
un amplificador de potencia en cuanto controla considerablemente más potencia
en sus circuitos de salida que la que consume en su circuito de entrada.
También se convierte en un amplificador en cuanto al número de circuitos, ya
que una sola entrada controla tres salidas separadas.
Los relés se emplean generalmente pare aceptar información de un dispositivo
sensible o detector y la convierten en el nivel apropiado de potencia, número de
diversos circuitos, a otro factor de amplificación para conseguir el resultado que
se desea en el circuito de control. Estos dispositivos detectores utilizados
conjuntamente con relés reciben el nombre de dispositivos piloto y están
proyectados para que sean sensibles o detecten magnitudes físicas tales como la
corriente, la tensión, las sobrecargas, la frecuencia y muchas otras, incluyendo
la temperatura. El tipo apropiado de relé a utilizar en un circuito dado estará
determinado por el tipo de dispositivo detector que le transmite la información.
Por ejemplo, un dispositivo detector de tensión deberá ser conectado a un relé
de tensión, y un dispositivo detector sensible a la corriente debe activar al relé
de corriente. Cada uno de estos tipos los estudiaremos individualmente.
Relé de tensión. - Este tipo de relé (fig. 3-3) es probablemente el que más se
emplea porque se presta a muchas aplicaciones y se le puede emplear para
realizar muchas funciones. El relé de tensión es simplemente un pequeño
contactor (Sec. 3-2) que abre o cierra sus contactos, dependiendo de que estén
normalmente cerrados o abiertos, siempre que es aplicada a su bobina la tensión
correcta. Se fabrican con varios contactos que pueden estar normalmente
abiertos o normalmente cerrados según convenga. Los relés de tensión se
utilizan frecuentemente para separar dos o más circuitos controlados por una
fuente (fig. 3-4) o cuando la tensión de control es diferente de la tensión de la
línea.
Debe recordarse que un relé de tensión no es primordialmente un dispositivo de
control, y requiere un dispositivo piloto (capítulo 4) para activarlo.
Fig. 3-3 Relé de tensión. (General Electric Company)
Relé de intensidad. - Este tipo de relé (figs. 3-7, 3-8 y 3-9) se emplea para abrir
o cerrar uno o varios circuitos en respuesta a las variaciones de intensidad de
otro circuito, tales como las de la corriente absorbida por un motor (Sec. 2-1).
El relé de intensidad está diseñado de tal forma que si se le conecta en serie con
el circuito que debe suministrar la señal a detectar, se activará cuando la
intensidad de la corriente que pasa por su bobina alcanza un valor
suficientemente elevado para producir el flujo magnético necesario para
accionar el dispositivo de los contactos. En relación con los relés de intensidad
se emplean algunos términos que deben conocerse.
Intensidad de conexión o de funcionamiento. - Es el valor de la intensidad que
debe pasar por la bobina para cerrar o atraer la armadura del relé.

Fig. 3-4 Esquema explicativo de un circuito con relés de tensión.
Intensidad de desconexión o de retorno. - Es el valor de la intensidad por
debajo del cual el relé deja de actuar después de haber sido atraída su armadura.
Porcentaje de retorno. - Relación en % entre el valor de retorno y el valor de
funcionamiento.
Por ejemplo, si el relé actúa o cierra al llegar la intensidad a 5 amperios y se
desconecta al descender a 3 amperios, la intensidad de funcionamiento es de 5
amperios, la de retorno de 3 amperios y el porcentaje de retorno del 60 %
(5/3x100).
La mayoría de los relés de este tipo están provistos de un resorte de tensión
regulable y dispositivo de ajuste de la separación de los contactos que permite
regular o ajustar los valores de conexión, desconexión y porcentaje de retorno.
Este tipo de relé no debe funcionar con valores demasiado próximos a los de
conexión o desconexión a no ser que sus contactos estén provistos de algún
dispositivo de disparo rápido. Esto debe tenerse en cuenta ya que la presión del
contacto depende de la diferencia entre intensidad que circula por la bobina del
relé y la de conexión. Por ejemplo, cuando el relé mencionado funciona con una
corriente de 5,01 amperios en la bobina, la presión de contacto será sólo la
producida por 0,01 amperio.
Generalmente, los relés de intensidad propiamente dichos se utilizan sólo en
circuitos de poca intensidad. Cuando se trata de intensidades más elevadas se
emplean relés alimentados mediante el secundario de un transformador de
intensidad.
Otro tipo de relé es el térmico, en el cual una lámina bimetálica, u otro
elemento, se calienta por efecto de una resistencia conectada en serie con el
circuito al que debe ser sensible. El relé térmico bimetálico se funda en la
diferente dilatación de dos metales diferentes cuando se calientan. Se construye
uniendo dos láminas delgadas de metales diferentes. Cuando la corriente que
pasa por dichas láminas o por la resistencia encargada de calentarlas, es
suficiente, éstas se dilatan y debido al diferente coeficiente de dilatación, se
curva el conjunto formado por las dos láminas actuando sobre los contactos
abriéndolos. Como ejemplos de estos relés pueden citarse los empleados para
protección de sobrecarga en motores y los cebadores empleados en el
alumbrado fluorescente.
Relé de frecuencia. - El relé de frecuencia se utiliza para producir la conexión
de la excitación de campo en los motores sincrónicos durante la maniobra de
arranque (Sec. 2-5) y para el control de aceleración en los motores de rotor
bobinado. Generalmente estas unidades se proyectan para una determinada
aplicación. Uno de los tipos se compone de dos bobinas equilibradas que actúan
sobre una armadura común. Estas bobinas actúan comparando una frecuencia
de referencia con la del circuito en que se utiliza el relé, de forma que la
armadura bascula a uno a otro lado según las frecuencias difieran en un valor
determinado o dicha diferencia sea mayor que la prefijada.
Relé temporizado. - Este tipo de relé se utiliza frecuentemente para el control
de secuencia, protección selectiva, desconexión por baja tensión, control de
aceleración y muchas otras, funciones.
Esencialmente, el relé temporizado es un relé de tensión con la adición de un
elemento de acción diferida que puede ser del tipo membranas con tomas de
aire (fig. 3-5) o del tipo de cilindro con émbolo amortiguador empleando aire o
un líquido (fig. 3-6) y que retarda la acción de sus contactos respecto al

momento en que actúa el electroimán. Este retardo en la acción puede ser
cuando el relé se excite o cuando se desexcite.
Fig. 3-.5 Relé temporizado tipo membranas con tomas de aire.
(Cutler-Hammer, Ine.)
Si el retardo se produce al excitar el relé se dice que está temporizado al cierre y
si se produce al desexcitarlo, que está temporizado a la apertura. Ambos tipos
están provistos de un ajuste pares poder regular el tiempo de retardo dentro de
los límites especificados. Los contactos se representan siempre en la posición
correspondiente al relé desactivado, tanto si son temporizados al cierre como a
la apertura.
Fig. 3-6 Relé temporizado tipo cilindro amortiguador. (Square D Co.)
Estas unidades se fabrican de diversos tamaños dependiendo de la intensidad y
tensión a que estén sometidos sus contactos.
Relé de sobrecarga. - El relé de sobrecarga se encuentra en todos los
arrancadores de motor en una a otra forma. En efecto, la adición de alguna
forma de protección contra las sobrecargas a un contactor ordinario lo convierte
en un arrancador de motor. Esta unidad realiza las funciones de protección
contra sobrecargas (Sec. 2-7) y la protección contra el fallo de fase (Sec. 2-13)
en el circuito del motor. El requisito básico para la protección contra las
sobrecargas es que el motor pueda trabajar a potencia nominal pero que se
impida su funcionamiento al producirse cualquier sobrecarga prolongada o
importante. Cuando un motor está sobrecargado mecánicamente, su corriente
aumenta, lo que a su vez hace que aumente la temperatura del propio motor y
de sus devanados. También se producen aumentos de corriente y de temperatura
a consecuencia de la falta de una fase en los motores polifásicos o de un defecto
en los devanados del motor. Por consiguiente, para obtener una protección
completa contra las sobrecargas es necesario detectar, o medir, la corriente
absorbida por el motor a interrumpir el circuito si esta corriente excede del
valor nominal del motor.
Existen dos tipos básicos de relés de sobrecarga empleados generalmente en los
arrancadores de conexión directa a la línea. El primero utiliza un metal con bajo
punto de fusión que retiene una rueda dentada (fig. 3-7a), que al ser liberada
produce la abertura de un juego de contactos intercalados en el circuito de la
bobina del arrancador. El segundo tipo utiliza una lámina bimetálica (fig. 3-7b)
para el desenganche del mecanismo de disparo y abrir los contactos del circuito
de la bobina.
Fig. 3-7 Relés de sobrecarga. (a) Tipo de metal de bajo punto de fusión.
(b) Tipo bimetal. (Square D Co.)
Independientemente del tipo de dispositivo que se utilice, siempre está activado
por un elemento calefactor conectado en serie con e1 circuito del motor. La
intensidad de la corriente necesaria para producir el funcionamiento del relé
está determinada por el tamaño del elemento calefactor utilizado. Cuando éste
es utilizado para la protección de pequeños motores que absorben poca
corriente, como elemento calefactor se utiliza una resistencia de hilo o de cinta

de poca sección mientras que en el caso de motores de mayor potencia se
emplean resistencias de mayor sección, de forma que se produzca en el
elemento bimetal la temperatura debida cuando circule una intensidad de valor
prefijado. Los elementos térmicos utilizados en los relés de sobrecarga poseen,
por sí mismos, un retardo en su acción que es inversamente proporcional a la
sobrecarga a que esté sometido, como puede verse en el gráfico de la figura 3-8.
Cuando la sobrecarga es ligera, el motor sigue funcionando durante algún
tiempo sin que actúe el relé, pero si la sobrecarga es grande, actuará casi
inmediatamente, desconectando el motor de su fuente de alimentación y
evitando que se deteriore.
Fig. 3-8 Curva característica del relé de sobrecarga
Los relés térmicos actúan sólo por efecto del calor, influyendo por lo tanto la
temperatura del aire que los rodea, por lo que en los lugares donde se ha de
prever altas temperaturas las resistencias de caldeo empleadas en el relé deben
estar sobredimensionadas. También existen dispositivos bimetálicos destinados
a compensar el efecto de los cambios de temperatura ambiente en el
funcionamiento del relé. Los relés provistos de estos dispositivos reciben el
nombre de relés de sobrecarga compensados.
El tercer tipo de relés de sobrecarga es el electromagnético (figura 3-9). Su
elemento básico es una bobina conectada de modo que sea sensible a la
corriente del motor mediante el uso de transformadores de corriente o por
conexión directa. Cuando la corriente excede el valor nominal del motor, la
bobina del relé produce el desplazamiento del núcleo móvil situado en su
interior y abre los contactos del circuito de control. Los relés electromagnéticos
de sobrecarga se encuentran generalmente en arrancadores de motores grandes.
Fig. 3-9 Relé de sobrecarga, tipo electromagnético.
(Allen-Bradley Company)
Después de cada disparo o actuación del relé de sobrecarga debe volverse a su
anterior posición (reenganche), ya sea automática o manualmente. El tipo de
reenganche automático sólo se empleará en los casos que no presenten peligro
al conectarse nuevamente el circuito a la red sin haber revisado la causa del
disparo del relé. Después de disparado el relé de sobrecarga, necesita algún
tiempo para enfriarse, por lo que siempre hay algún retardo antes de que se
pueda realizar la reposición o reenganche.

3-4 Arrancadores de Motor
El arrancador consiste, en su forma más simple, en un dispositivo que conecte o
desconecte el motor a la red y que además realice funciones de protección
contra sobrecargas del motor. A esta unidad básica se añaden otros dispositivos
para obtener el grado deseado de control y de protección. Hay muchos tipos y
clases de arrancadores de motor, tomando el nombre con que se les designa, de
la operación o clase del motor a que se destinan. Así, toman el nombre de
manuales o automáticos, de tensión nominal o tensión reducida, monofásicos o
trifásicos y de c.c. o c.a. Para describir un arrancador determinado de motor, es
necesario utilizar varios de estos términos o clasificaciones. Por ejemplo, un
determinado motor podría requerir un arrancador a tensión reducida,
automático, trifásico y de c.a. No obstante, estos datos, por sí solos, no definen
por completo el arrancador, ya que se precisa además la tensión y potencias
nominales del mismo según el proceso de trabajo a desempeñar. Igualmente
debe tenerse en cuenta, si debe ser controlado a distancia, si el pulsador de
accionamiento estará situado sobre el mismo arrancador y otros muchos
detalles. En este capítulo estudiaremos algunas de estas clasificaciones, y el
lector deberá tener presente que cualquier arrancador en particular puede ser
una combinación de varios de los tipos que aquí estudiaremos.
Existe diferencia entre los conceptos de arrancador y controlador o aparato de
regulación y mando de un motor. Aunque es difícil establecer una línea
divisoria entre ellos, generalmente se acepta que el arrancador tiene como
misión conectar el motor a la línea, proporcionando además la necesaria
protección, mientras que un controlador, además de realizar las funciones de
arranque, va provisto de los dispositivos de protección y relés necesarios para
constituir un sistema completo de control, regulación y protección.
Los arrancadores de motores se construyen, en EE. UU., de acuerdo con las
especificaciones aprobadas por las normas NEMA (National Electric
Manufacturers Association). Estas normas incluyen especificaciones tales como
las de calibres o tamaños, lo que facilita la selección del equipo para que
cumpla las condiciones necesarias de capacidad para un caso dado. Por
ejemplo, el arrancador calibre cero está destinado a motores de 3 CV, 440 V; el
de calibre 1 para 7,5 CV; el 2 para 25 CV, el calibre 3 para 50 CV y el calibre 4
para 100 CV. Para motores de tensión inferior, la potencia nominal de estos
arrancadores queda disminuida debido a la mayor intensidad absorbida por el
motor para una misma potencia y tensión inferior a 440 V.
También están incluidos entre las normas NEMA los tipos de cubiertas o cajas
de arrancadores para satisfacer los requisitos reglamentarios en cuanto a las
condiciones atmosféricas existentes en el lugar de instalación. Las envolventes
del tipo 1 NEMA son para aplicaciones generales si las condiciones
atmosféricas son normales. Están destinadas principalmente a evitar contactos
accidentales con los aparatos de control y los circuitos bajo tensión. En las
mencionadas normas NEMA se incluyen tipos de cofrets o armarios para
arrancadores que satisfacen las condiciones requeridas según las condiciones de
ambiente del lugar donde se instalen. El cofret NEMA, núm. 1, es adecuado
para trabajos normales y en condiciones de ambiente normal. Su misión es
evitar contactos accidentales de los usuarios con los aparatos de control bajo
tensión. Los cofrets NEMA, núm. 3, protegen los aparatos instalados en su
interior contra cualquier fenómeno climatológico, protegiéndolos de la lluvia y
aguanieve en montajes exteriores. Los cofrets NEMA de tipo 4 son de cierre
estanco, siendo apropiados para el montaje en el exterior, en embarcaderos, en
fábricas de cerveza, etc. Pueden ser lavados mediante manguera. Los cofrets
NEMA, núm. 7, están destinados a ubicaciones en que haya peligro de
emanaciones de gas, tales como en explotaciones petrolíferas y satisfacen los
requisitos reglamentarios para ubicaciones de la clase 1, grupo D. Los del tipo 8
NEMA están destinados a ubicaciones en que haya gases con presencia de
materiales corrosivos. En este tipo los contactos están sumergidos en aceite. Los
del 9 NEMA están construidos para su instalación en lugares polvorientos
clasificados como de clase 2 en el reglamento, grupos F y G, tales como
fabricas de harina. Los del tipo 11 corresponden a cofrets resistentes a la
corrosión debida a ácidos y humos. Los contactos están sumergidos en aceite.
Por último, el cofret clasificado por NEMA con el número 12 es estanco al
polvo y están destinados a locales donde se quiera protección contra la suciedad
y el aceite.
Así, por ejemplo, si se tuviese que seleccionar un arrancador para un motor de 5
CV, 220 V trifásico, para servicio ordinario, podría ser el siguiente: arrancador
NEMA, núm. 1 trifásico 220 V, arranque directo (a tensión nominal) y en cofret
núm. 1, NEMA. Como datos adicionales podría precisarse si se deseaba manual
o automático, dependiendo esto del tipo de control que deba ser utilizado en la
instalación.

3-5 Arrancadores manuales
En los arrancadores clasificados como manuales, el operador acciona el cierre de
los contactos, bien mediante pulsador, bien mediante palanca unida
mecánicamente a los contactos.
Supongamos, por ejemplo, que disponemos de un arrancador manual o
automático de calibre cero, con pulsador en la cubierta. Si es del tipo manual
(fig. 3-10) estará construido de modo que cuando se aprieta el pulsador
arranque, un varillaje o articulación mecánica obliga a cerrarse los contactos
y, una vez cerrados, la articulación queda enclavada o retenida en esta posición.
Cuando se aprieta el pulsador de parada, o actúa la protección de sobrecarga, es
disparada la articulación mecánica y se abren los contactos.
Fig. 3-10 Arrancador manual de motor. (Square D Co.)
En cambio, cuando se aprieta el pulsador de parada en un arrancador
electromagnético, se activa el electroimán del arrancador produciendo el cierre de
los contactos. El pulsador de parada o el relé de sobrecarga al ser accionados
interrumpen el circuito de la bobina, del electroimán, abriéndose los contactos.
El principal inconveniente del arrancador manual es la falta de flexibilidad de
control. Debe ser accionado en el mismo emplazamiento del arrancador, y es
muy limitado en cuanto a las posibilidades como control de protección. Cuando
el grado de control que ofrece es satisfactorio para la instalación, tiene la ventaja
de ser más económico. La mayoría de arrancadores manuales en servicio se
hallan catalogados dentro de los tres tipos siguientes: arrancador con dispositivo
térmico para pequeños motores monofásicos, arrancadores manuales directos de
los calibres cero y 1 para motores monofásicos y trifásicos, y arrancadores
manuales a tensión reducida mediante autotransformador (fig. 3-14) para grandes
motores.
3-6 Arrancadores automáticos
El arrancador automático, llamado también arrancador electromagnético, consta
de un contactor con la adición de un control protector. Este arrancador funciona
a base de atracción magnética de un electroimán para cerrar y mantener sus
contactos de línea y auxiliares y ofrece una ilimitada flexibilidad de control.
Es seguro y de larga duración con un mantenimiento razonable. Los dispositivos
mecánicos que integran estos arrancadores son de gran variedad, perteneciendo su
tipo a una de las dos clases generales en que se clasifican según el
desplazamiento del núcleo magnético.
La primera de estas clases corresponde al tipo de armadura o palanca
(fig. 3-11a) cuyos contactos móviles están accionados directamente por la
armadura del electroimán que gira sobre un eje al ser atraída por el núcleo del
electroimán produciendo el desplazamiento de los contactos móviles hasta
encontrar los tipos que se hallan montados sobre la cara vertical posterior del
arrancador.
La segunda clase corresponde al tipo de solenoide (fig. 3-11b). Los contactos
móviles son accionados por el núcleo en su desplazamiento vertical, hacia arriba
cuando es empujado por el efecto magnético de la bobina al ser excitada, hasta
encontrar los contactos fijos montados en el soporte horizontal de la parte
superior de la plataforma del arrancador.
Cualquiera de estos tipos básicos puede ser satisfactorio, aunque cada fabricante
tiene sus motivos para adoptar un determinado tipo en sus unidades. Los

arrancadores más grandes utilizan generalmente las del tipo armadura, aunque
también se fabrica la gama completa a partir del NEMA, núm. 0 del tipo de
solenoide.
Fig. 3-11 (a) Contactor del tipo armadura adoptado en arrancadores.
1. Charnela. 2. Brazo de contacto. 3. Contacto. 4. Protección del arco. 5. So
portes de contactos. 6. Bobina. 7. Pieza polar. 8. Resorte tensor. (Square
D. Conipan y.) (b) Construcción del tipo de solenoide de arrancadores de
motor y contactores. (General Electric Co.)
El circuito magnético consiste, generalmente en una adaptación de uno de las
tres formas magnéticas básicas (fig. 3-12). En la mayoría de arrancadores del
tipo de armadura se utilizan los tipos E o C, y el tipo E modificado o el de
solenoide se utiliza en los arrancadores de acción vertical.
En el caso de ser excitada la de bobina por corriente alterna, las piezas polares
del electroimán están equipadas con una bobina de sombra (fig. 3-12d). Ésta
produce un desfase en el flujo que pasa por la porción de pieza polar abarcada
por la misma de forma que evita la desaparición del flujo cuando la corriente
de la bobina pasa por el valor nulo, evitando de esta forma la vibración
que se produciría en los contactos. Aunque este método evita la vibración
de la armadura, muchos arrancadores para grandes motores emplean la
alimentación por corriente continua debido a la atracción constante de la
armadura evitando la vibración.
Caras polares
Bobina de compensación
(espiras de cortocircuito)
(a) (b)
(c)
(d)
Fig. 3-12 Tipos básicos de electroimanes. (a) Tipo E. (b) Tipo C. (e) Tipo
solenoide. (d) Pieza polar con bobina de sombra.
Hay también dos tipos básicos de contactos de uso general. En la mayoría
de arrancadores pequeños se emplea el llamado tipo puente (figura 3-13)
que permite una buena alineación y una acción propia de limpieza del
contacto, debido al deslizamiento entre ellos y que contribuye a, prolongar
la duración de los mismos. En general muchos de los arrancadores
grandes emplean contactos móviles que reciben la acción de resortes o
muelles destinados a producir la presión requerida de contacto
(fig. 3-11a). La necesaria acción de deslizamiento entre los contactos
fijos y móviles para realizar la limpieza de los mismos, se consigue dando a

los contactos la forma curva apropiada, que permite dicho deslizamiento en los
momentos de cierre y apertura. Este tipo de contactos requiere un
mantenimiento mas esmerado para que conserven la correcta alineación una vez
cerrados.
Fig. 3-13 Contactos del tipo puente.
Es necesaria una buena alineación de los contactos a fin de evitar un arco o
chispeo excesivo y el consiguiente picado de los contactos.
El arrancador electromagnético ha contribuido singularmente al
perfeccionamiento de las máquinas de producción modernas. La flexibilidad de
control que ofrece el arrancador magnético permite la automación y la exactitud
del control automático nunca pretendida, ni posible, con funcionamiento
manual. Esta flexibilidad es resultado de que todo lo necesario para arrancar
un motor es suministrar energía eléctrica a la bobina del arrancador. La fuente
de energía utilizada puede ser independiente del circuito del motor pudiendo
ser conectada o desconectada desde un punto cualquiera y por el medio que se
desee.
3-7Arrancadores a tensión nominal
Los arrancadores para la puesta en marcha mediante conexión directa a la red
(fig. 3-11b) son los más utilizados. Se emplean en la mayoría de los casos de
arranque de los motores trifásicos, de jaula y monofásicos. También se
emplean para conectar a la red el devanado estatórico de los motores trifásicos
de rotor bobinado con arrancador manual conectado al rotor. Utilizados en los
motores de hasta 600CV y 600 V, permiten obtener una protección satisfactoria
del motor, la máquina y el operador. La limitación de uso en los motores
trifásicos de jaula está forzosamente impuesta por el valor máximo de la
intensidad de arranque en lo que respecta a sus efectos sobre las líneas y
devanados, así como por el par de arranque. Los arrancadores directos se fabrican
con variedad de cubiertas y cofrets para satisfacer los requisitos impuestos por las
condiciones de ubicación del arrancador. Estas cubiertas satisfacen las normas
publicadas por NEMA para adaptarse a cada condición de ubicación o
emplazamiento. A la asequibilidad de los tipos manuales o magnéticos
adecuados para las necesidades del usuario hay que añadir la flexibilidad de
estas unidades.
Cualquier arrancador que conecta los bornes del motor directamente a la tensión
de línea sin algún medio de reducir la tensión aplicada o limitar la corriente de
arranque puede ser clasificado como arrancador directo o a tensión nominal.
3-8 Arrancadores a tensión reducida
Como su nombre implica, el arrancador de tensión reducida contiene algún
medio de reducir la tensión de la línea que es aplicada al motor durante el
período de arranque. Esto se hace a fin de limitar la sobrecorriente durante el
ciclo de arranque. Los requisitos para el uso de los arrancadores a tensión
reducida dependen de varios factores (Sec. 2-1). Estas unidades se construyen en
los tipos manual y automático, y, lo mismo que los arrancadores a tensión
nominal, el tipo manual resulta más económico pero con menos posibilidades
de control.

Los arrancadores manuales a tensión reducida tipo autotransformador para
motores de jaula (fig. 3-14), comprenden un conmutador de dos posiciones y
un autotransformador. En la posición de arranque del conmutador el motor es
alimentado por la línea a tensión reducida mediante un autotransformador,
manteniéndose en esta posición hasta que el motor estabilice su velocidad,
aplicándose en dicho momento la tensión nominal al pasar la maneta o
dispositivo de mando a la posición de marcha o trabajo. El mecanismo de
conmutación se mantiene en la posición de funcionamiento mediante un
trinquete que puede ser liberado por un dispositivo de protección por baja
tensión, por sobrecarga o bien manualmente. Generalmente estas unidades
se hallan alojadas en un mismo cofret o caja diseñado para su montaje en la
pared.
Fig. 3-14 Arrancador manual a tensión reducida, con autotransformador.
(General Electric Company)
Los arrancadores automáticos a tensión reducida (fig. 3-15) pueden tener
muchas formas y están destinados generalmente a un tipo particular de motor
y para una determinada aplicación. Los requisitos esenciales son que estén
provistos de medios para conectar el motor a tensión reducida y luego,
automáticamente, a la tensión de línea después de transcurrido el tiempo
necesario para la aceleración. Cuando el arrancador emplea resistencias
para obtener la tensión reducida, comprende un contactor tripolar que
permite conectar el motor a la red en serie con las resistencias limitadoras de
la intensidad de arranque y otro contactor de marcha o trabajo también
tripolar que cortocircuita las resistencias, quedando conectado el motor direc-
tamente a la red.
Fig. 3-15 Arrancador manual a tensión reducida. (Square D Co.)
El arrancador tipo reactancia a tensión reducida tiene exactamente la
misma disposición de contactos que el arrancador con resistencias. La
única diferencia entre un arrancador con resistencia y uno del tipo
reactancia a tensión reducida estriba en el uso de reactancias en lugar de
resistencias.

El contactor de un arrancador del tipo de autotransformador debe ser de
cinco polos o contactos, cuya misión puede deducirse de la figura 3-16.
Los contactos conectan el motor a la línea a través del autotransformador en
conexión V o triángulo abierto. El contactor de marcha de este arrancador, que
actuará a continuación, comprende tres contactos, los cuales permiten conectar el
motor directamente a la red.
M
Autotransformador
Contactor de
arranque
Contactor de
trabajo
Fig. 3-16 Conexiones arrancador con autotransformador.
Cualquiera que sea el tipo a que pertenece, un arrancador automático a tensión
reducida debe estar provisto de algún medio para realizar automáticamente el
cambio de la posición de arranque a la de funcionamiento en el instante
correcto. Generalmente, esto se consigue mediante el empleo de relés
temporizados (Sec. 3-3). En el caso de los arrancadores tipo resistencia o tipo
reactancia, este relé sólo se necesita para excitar la bobina del contactor de
marcha o funcionamiento. En el caso de un arrancador tipo
autotransformador, el relé debe interrumpir el circuito del contactor de
arranque y luego establecer el circuito del contactor de marcha. El uso de este
relé temporizado en este servicio proporciona un control de tiempo definido
(Sec. 2-2). Otro método consiste en el uso de alguna forma de relé de corriente
(Sec. 3-3) que abre el contactor de arranque y cierra el contactor de
funcionamiento cuando la corriente del motor disminuye hasta un nivel
preestablecido. Éste proporciona un control limitador de corriente (Sec. 2-2).
Cuando se emplea el tipo resistencia o reactancia para el arranque a tensión
reducida, no se interrumpe la corriente del motor, pero con el tipo de
autotransformador de arranque a tensión reducida la corriente se
interrumpe momentáneamente antes de conectar directamente el motor a la
línea. Cuando no es interrumpida la corriente en la transición desde tensión
reducida a tensión nominal, se dice que el arranque se efectúa por transición
cerrada. Cuando es desconectado momentáneamente de la línea el motor e
interrumpida la corriente, se dice que el arranque se efectúa por transición
abierta. Cuando la transición es del tipo abierto, es perfectamente posible
que exista una sobrecorriente cuya intensidad sea el doble de la corriente de
arranque a tensión nominal en el instante de aplicación de la tensión de línea.
Esta sobrecorriente se llama corriente de transición y constituye el principal
inconveniente de tipo de autotransformador para arranque a tensión reducida.
Cualquiera de estos controladores puede contener todos o algunos de los
dispositivos de protección, tales como los de desprendimiento por
subtensión (Sec. 2-12), fallo de fase (Sec. 2-13) o protección de secuencia
incompleta.
Cuando se hace la elección entre controladores manuales y automáticos
de este tipo se deberá tener siempre presente que cuándo se instala una
unidad manual, debe ser colocada de modo que el operador pueda ver y
también oír al motor, a fin de que pueda juzgar acertadamente cuándo
debe aplicar la tensión de red. Esta limitación en la opción de
emplazamiento puede ser solventada en cierto modo instalando un
tacómetro de indicación remota, mediante el cual el operador puede
determinar el valor de la velocidad del motor desde el puesto de control.
Otro método de obtener una intensidad de arranque reducida es el uso de
un motor de rotor bobinado con control secundario. Esta disposición
proporciona, a igualdad de intensidad de arranque en el primario, un par
de arranque superior al correspondiente al motor de jaula cuando se
emplea la puesta en marcha a tensión reducida. Este método consiste en
disponer un arrancador de conexión directa a red en el circuito del estator o
primario e intercalar en el circuito secundario o del rotor unas resistencias
mediante un combinador tipo tambor, manual o automático (fig. 3-17). Otra

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