Al conectar un motor de inducción directamente a la red, el rotor está estático y no hay FEM de rotación que limite la corriente. El devanado del estátor ve solo su propia impedancia (principalmente resistencia + dispersión), que es muy baja. La corriente de arranque puede alcanzar 5–8 veces la corriente nominal, con un factor de potencia de 0.15–0.4 (predominantemente inductiva).

Las consecuencias de un arranque sin análisis incluyen: caída de tensión que perturba otros equipos, disparo de protecciones térmicas y de sobrecorriente, imposibilidad de arranque si el par del motor no supera el par de la carga, deterioro acelerado del aislamiento por sobrecalentamiento, y estrés mecánico en el eje y el acoplamiento.

El criterio básico de arranque exitoso es que la curva de par del motor esté, en todo momento, por encima de la curva de par de la carga. Si el motor tiene un dip de par (como ocurre en la transición estrella a triángulo) y ese dip cae por debajo del par de la carga, el motor se detiene y puede arrancar a la inversa. El margen mínimo recomendado es 20% de diferencia entre el par del motor y el par de la carga en el punto más crítico.

El arranque directo o Direct-On-Line (DOL) conecta el motor directamente a la tensión plena de red mediante un contactor. Es el método más simple y económico, y el más exigente para la red.

• Corriente de arranque: I_arranque = k_start × I_FLA, con k_start = 5 a 8 para motores de jaula de ardilla estándar. Para motores de clase eficiencia IE3/IE4, k_start puede llegar a 8–10 debido al menor deslizamiento. La corriente es predominantemente inductiva (factor de potencia 0.15–0.3).
• Par de arranque: NEMA Clase B: T_start ≈ 1.5 × T_FL. Tipo NEMA D (alta resistencia de rotor): T_start ≈ 2.75 × T_FL con I_start menor. La categoría según IEC 60034-12 define el par mínimo admisible en función del par nominal.
• Cuándo usar DOL: Cargas de baja inercia y arranque frecuente (cintas, compresores de tornillo con válvula de alivio, ventiladores pequeños), cuando la potencia del motor es < 10–20% de la potencia de cortocircuito disponible en el punto de conexión.
• Cuándo NO usar DOL: Redes débiles, generadores diésel como respaldo, motores > 30–50 kW en redes de media tensión compartida, o cargas con prohibición contractual de perturbación de la red (IEEE 1159).

El arrancador estrella-triángulo conecta el motor en configuración estrella durante el arranque, reduciendo la tensión en cada bobina a U/√3 (57.7% de la tensión de línea). Después de un temporizador (típicamente 5–15 s), cambia a triángulo para operación normal.

• Requisito de instalación: El motor debe tener los 6 bornes del devanado accesibles en la caja de bornes (configuración triángulo para la tensión de línea de operación). No es aplicable a motores que operan en estrella o que tienen solo 3 bornes accesibles.
• Adecuado para: Compresores de tornillo (con carga mínima al arrancar), algunos ventiladores, bombas de gran inercia (si el par de carga en arranque es ≤ T_Y_min). Inadecuado para transportadores de banda cargados, trituradoras, molinos de bolas.

El autotransformador proporciona una tensión reducida ajustable (típicamente 50%, 65% o 80% de V_red) durante el arranque. A diferencia del Y/D, el tap puede seleccionarse para adaptarse a la carga específica.

• Reducción de corriente y par: Si el tap es α (fracción de la tensión plena), la corriente de línea se reduce a α² × I_DOL y el par a α² × T_DOL. Con tap 65% (α = 0.65): I_red = 0.42 × I_DOL, T = 0.42 × T_DOL. Con tap 80% (α = 0.8): I_red = 0.64 × I_DOL, T = 0.64 × T_DOL.
• Ventaja vs Y/D: La transición se hace con el motor aún conectado (no hay breve desconexión), usando la inductancia del autotransformador como reactancia limitadora. Esto reduce el pico de corriente de transición significativamente.
• Limitación: El autotransformador es voluminoso, caro y pesado para potencias grandes. Típicamente se limita a motores de media tensión (6.6–13.8 kV) donde el softstarter de MT no está disponible o es muy costoso. Los tiempos de arranque prolongados (> 30–60 s) pueden sobrecalentar el autotransformador.

El softstarter controla la tensión aplicada al motor mediante pares de tiristores (SCR) en antiparalelo en cada fase, variando el ángulo de disparo. La tensión aumenta de forma programable desde un valor inicial (típicamente 30–50% V_n) hasta la tensión plena durante un tiempo de rampa ajustable (2–60 s).

El VFD (Variable Frequency Drive) es el método de arranque más sofisticado. Al mantener la relación V/f constante desde frecuencia cero, el flujo del motor se mantiene nominal en todo el rango de velocidades. El par disponible es prácticamente el par nominal desde velocidad cero, sin pico de corriente.

• Corriente de arranque con VFD: La corriente de arranque es igual a la corriente nominal o ligeramente superior (generalmente ≤ 1.5 × I_FLA para par nominal). No existe el pico de arranque DOL. Esto permite alimentar el motor desde generadores de capacidad limitada.
• Par de arranque con VFD: Con control vectorial de campo (vector control), el VFD puede generar par de hasta 150–200% T_FL desde velocidad cero. Esto lo hace indispensable para cargas de alto par de arranque (extrusoras, molinos, mezcladores de alta viscosidad).
• Cuando usar VFD solo por el arranque: Si la aplicación requiere igualmente regulación de velocidad, control de proceso o ahorro de energía en operación, el costo del VFD está justificado por múltiples beneficios. Si el motor siempre opera a velocidad nominal después del arranque, un softstarter puede ser más económico.

El parámetro crítico de red durante el arranque es la caída de tensión en el punto de conexión del motor (PCC — Point of Common Coupling). Si excede el 15% (recomendado por IEEE 1159, o el límite contractual), otros equipos en el mismo bus experimentarán perturbaciones.

1. Obtener S_cc en el PCC: Del estudio de cortocircuito existente, o calcular como S_cc = V²_n / Z_thevenin. En redes de distribución sin dato, consultar a la empresa distribuidora (ratio X/R típico de red MT: 5–20).
2. Calcular ΔV para el método de arranque propuesto: Comparar con el límite contractual o la norma aplicable (IEEE 1159: flickering > 3 Hz para ΔV ≥ 3%, perturbación > 15% inaceptable).
3. Si ΔV excede límite: Seleccionar método que reduzca I_arranque. Prioridad: softstarter con limitación de corriente → Y/D → autotransformador → VFD. Si ningún método es suficiente, analizar ampliación de la sección del cable de alimentación o conexión a un nivel de tensión superior.