Control de motores

Conceptos fundamentales.

La palabra control significa gobierno, mando, regulacin, es decir el poder de establecer acciones deseadas. En el caso del control de motores significa accionar estos en momentos y de forma determinada para ejecutar trabajos productivos, de la forma ms lgica, ordenada y segura posible. Para controlar motores necesitamos una serie de aparatos e instrumentos que cableados de forma adecuada nos permitan arrancar, parar, invertir, variar su velocidad, etc., en una forma segura y eficiente. A este conjunto de elementos los conocemos como sistemas de control.

Es bueno recordar que debe existir un proceso para la cual diseamos y construimos el Sistema de Control, es decir la unidad de produccin. El control debe adecuarse a la unidad de produccin.

Los elementos de potencia son los que regulan la energa entregada al proceso y ejercen fuerzas, potencias, empujes, etc, sobre la materia prima y as lograr el producto final. En nuestro caso estos elementos son los motores, pero pudieran ser otros elementos como resistencias, brazos neumticos o hidrulicos, etc.

Los elementos de control son los encargados lograr la interaccin entre los elementos de potencia y el proceso en si, de tal manera que este ltimo se realice de manera lgica y ordenada.

Clasificacin de los sistemas de control. De acuerdo a la manera de realizar las funciones de control, estos se pueden clasificar de la manera siguiente: Control manual, control semiautomtico y control automtico.

Control manual: En este todas las funciones de mando y regulacin son tomadas por el operario del proceso. Este tipo de control fue el primero empleado en el inicio de la era industrial y en la actualidad queda restringido a pequeas plantas procesadoras.

Control semiautomtico: En este tipo las funciones de mando son tomadas por el operario como por el propio circuito de control. El operario introduce una orden y el sistema decide si lo ejecuta o no de acuerdo a la situacin del proceso. Este tipo de control es el ms extendido en la actualidad en nuestro pas a nivel de empresas de produccin de mediana complejidad. En este caso el operador toma las decisiones ms importantes y las decisiones inherentes al proceso en si las toma el circuito de comando. Esta variedad de control es de mediana complejidad en cuanto a su mantenimiento y reparacin y requiere de personal tcnico calificado y verstil.

Control automtico: En este caso las funciones de mando son tomadas por un circuito de control, sin intervencin de operadores humanos. A este nivel de control se ha llegado gracias a los avances tecnolgicos en el rea de la electrnica, instrumentacin y la mecnica. ( algunos autores le llaman mecatrnica). En los pases altamente industrializados este tipo de control se ha ido extendiendo y al menos en parte tambin a algunos pases medianamente industrializados, como en Latino America. Esta modalidad de control es bastante eficiente y compleja y requiere de personal tcnico altamente calificado. EL CONTACTOR

Un contactor es un elemento conductor que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energize la bobina (en el caso de ser contactores instantneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente elctrica de un receptor o instalacin, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe accin alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando acta dicha accin. Este tipo de funcionamiento se llama de todo o nada. En los esquemas elctricos, su simbologa se establece con las letras KM seguidas de un nmero de orden.

Partes

Carcasa Es el soporte fabricado en material no conductor que posee rigidez y soporta el calor no extremo,sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor.

Electroimn

Es el elemento motor del contactor, compuesto por una serie de dispositivos cuya finalidad es transformar la energa elctrica en magnetismo, generando as un campo magntico muy intenso, que provocar un movimiento mecnico.

Bobina

Es un arrollamiento de cable de cobre muy delgado con un gran nmero de espiras, que al aplicrsele tensin genera un campo magntico. ste a su vez produce un campo electromagntico, superior al par resistente de los muelles, que a modo de resortes,se separan la armadura del ncleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. Cuando una bobina se alimenta con corriente alterna la intensidad absorbida por esta, denominada corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito solo se tiene la resistencia del conductor.

Esta corriente elevada genera un campo magntico intenso, de manera que el ncleo puede atraer a la armadura y a la resistencia mecnica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que el circuito magntico se cierra, al juntarse el ncleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce, obteniendo as una corriente de mantenimiento o de trabajo ms baja. Se hace referencia a las bobinas de la siguiente forma: A1 y A2.

Ncleo

Es una parte metlica, de material ferromagntico, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcasa.Su funcin es concentrar y aumentar el flujo magntico que genera la bobina(colocada en la columna central del ncleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.

Armadura

Elemento mvil, cuya construccin es similar a la del ncleo, pero sin espiras de sombra. Su funcin es cerrar el circuito magntico una vez energizada la bobina, ya que debe estar separado del ncleo, por accin de un muelle. Este espacio de separacin se denomina cota de llamada.

Las caractersticas del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito magntico, se realicen de forma muy rpida, alrededor de unos 10 milisegundos. Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagntico, el ncleo no lograr atraer a la armadura o lo har con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado dbil, la separacin de la armadura no se producir con la rapidez necesaria.

Contactos Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la bobina se energice. Todo contacto esta compuesto por tres conjuntos de elementos:

Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte mvil colocada en la armadura para establecer o interrumpir el de la corriente entre las partes fijas. El contacto mvil lleva el mencionado resorte que garantiza la presin y por consiguiente la unin de las tres partes.

Contactos principales: su funcin es establecer o interrumpir el circuito principal, consiguiendo asi que la corriente se transporte desde la red a la carga. Simbologa: se referencian con una sola cifra del 1 al 16.

Contactos auxiliares: son contactos cuya funcin especfica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de sealizacin, por lo cual estn dimensionados nicamente para intensidades muy pequeas. Los tipos ms comunes son:

Instantneos: actan tan pronto se energiza la bobina del contactor, se encargan de abrir y cerrar el circuito

De apertura lenta: el desplazamiento y la velocidad del contacto mvil es igual al de la armadura.

De apertura positiva: los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir cerrados en ningn momento.

En su simbologa aparecen con dos cifras donde la unidad indica:

1 y 2, contacto normalmente cerrados, NC.

3 y 4, contacto normalmente abiertos, NA.

5 y 6, contacto de apertura temporizada.

7 y 8, contacto de cierre temporizado.

por su parte, la cifra de las decenas indica el nmero de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qu contactor pertenece.

Rel trmico

Es un elemento de proteccin que se ubica en el circuito de potencia, contra sobrecargas. Su principio de funcionamiento se basa en la deformacin de ciertos elementos, bimetales, bajo el efecto de la temperatura, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos contactos auxiliares que desactiven todo el circuito y energicen al mismo tiempo un elemento de sealizacin.

El bimetal est formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatacin y unidos firmemente entre s, regularmente mediante soldadura de punto. El calor necesario para curvar o reflexionar la lmina bimetlica es producida por una resistencia, arrollada alrededor del bimetal, que est cubierto con asbesto, a travs de la cual circula la corriente que va de la red al motor.

Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobrepasa el valor nominal para el cual han sido dimensionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio de estado de los contactos auxiliares que lleva. El tiempo de desconexin depende de la intensidad de la corriente que circule por las resistencias.

Resorte

Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posicin de reposo una vez cesa el campo magntico de la bobina.

El Tablero de Control

-Funcionamiento

1. Contactor

2. Temporizador ON-Delay

3. Temporizador OFF-Delay

4. Rele trmico

5. Pulsadores

-Representacin del tablero de control

1. Smbolo

2. Esquema Elctrico

3. Bloques informativos

-Tipos de Mando

1. Mando manual

2. Mando automtico

Sistemas de Arranque a Tensin Plena

Arranque directo Arranque directo con inversin de giro Arranque directo de un motor de dos velocidades

Sistemas de Arranque a Tensin Reducida

Arranque Estrella Triangulo

Diseo. Inversin de giro con arranque estrella trianguloDiseo. Inversin de giro con arranque estrella-triangulo y limites de arranque

Arranque con Resistencias Estatoricas

Arranque con Resistencias Rotoricas

Sistema de Arranque con Arrancadores de Estado Slido

Arranque suaves para motores asincronicos

Aplicacin. Arranque en cascada de dos motores trifasicos utilizando un solo arrancador electronico.

Aplicaciones

Diseo con circuitos con arranque directo

Diseo. Circuitos de mando con limitadores del nmero de arranques Con lmite de un arranque Con lmite de dos arranques

Diseo. Arranque director con inversin de giro y lmites de arranque.

Aplicacin 1. Transporte de un producto en caja. Con limite de un carrito, deja pasar un producto, un solo sentido

Aplicacin 2. Transporte de un producto en caja. Con limite de dos carrito, deja pasar dos producto, un solo sentido

Aplicacin 3. Transporte de un producto a granel (temporizado) hacia uno de los dos sentidos de la faja (inversin del giro segn llegada del carrito) Sin limite de llegadas Arranca una vez en cada sentido Arranca dos veces en cada sentido

Aplicacin 4 Transporte de un insumos a granel (temporizado) hacia uno de los dos sentidos de la faja (inversin del giro segn llegada del carrito)

Sin limite de llegadas Arranca una vez en cada sentido Arranca dos veces en cada sentido

Diseo 2

Diseo conbinando los diversos tipos de arranque

Aplicacin. Arranque y parada en secuencia de un motor de Rotor bobinado y de un motor de Jaula de ardilla..

Aplicacin. Arranque con resitencias estatoricas y con inversion de giro

Aplicacin. Arranque con resitencias rotoricas y con inversion de giro

Aplicacin. Proyecto de automatizacion del transporte y molienda de materiales.

Los esquemas han sido desarrollados con CADeSimu, en muchos se encuentra el enlace para su descarga o puede solicitar el envio al autor por correo electrnico.

El Tablero de Control

Temporizadores

Temporizador On-Delay. Temporizado a la conexion. A la conexion y pasado el tiempo fijado en el temporizador, se cambia el estado de sus contactos.

Temporizador OFF-Delay. Temporizado a la desconexin. A la conexion se cambian sus contactos, a la desconexin se cuenta el tiempo fijado en el temporizador para des-energizar sus contactos (vuelven a la posicion normal).

Para comprender mejor el funcionamiento, muesto dos circuitos que hacen lo mismo: se enciene un motor y se apaga al tiempo indicado en los temporizadores. En el primer circuito se disea con un temporizaor ON-DELAY y en el otro se disea empleando un temporizador OFF-DELAY.

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Descargar archivo para CADeSIMUArranque de Motores

Conceptos Bsicos

Los arrancadores

Son aparatos de manibra con los cuales se lleva a los motores desde el estado en reposo hasta su velocidad de rgimen, mientras se mantienen dentro de limites prefijados los valores de la corriente de arranque y el torque del motor.

Circuito Principal

Circuito que contiene equipos elctricos para generar, transformar, distribuir, conectar.

Circuito Auxiliar

Comprende todas las partes conductivas de una combinacin de aparatos de maniobra que pertenecen a un circuito (a excepcin del circuito principal), que se utiliza para comando, medicin, avisos, regulacin, enclavamiento, procesamiento de datos.

Motores Asincronos

Se compone de: un estator y un rotor.El estator genera un "campo magntico giratorio" que se obtiene con tres devanados desfasados a 120 (acoplados en estrella o tringulo) y conectados a un sistema trifsico de c. a. Este "campo magntico giratorio" induce corrientes electromagneticas (f.e.m) en el rotor y estas producen fuerzas que dan lugar al giro del rotor y al par del motor. El rotor no gira a la misma velocidad del "campo magntico giratorio", y este desplazamiento es el genera el par de fuerzas del motor.Como se acaba de indicar, la velocidad del sincronismo no puede alcanzarse nunca, por ello se conocen como motors asincronos.La velocidad del sincronismo se calcula por:

Enlaces Recomendados

http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htmhttp://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono7.htm#estatorConexin de los devanados

Conexin Estrella:

Consiste en unir entre si un terminal de cada bobina del estator.Y la alimentacion es en cada uno de los otros terminalesDescargar archivo para CADeSIMU

Conexin Triangulo:

Consiste en conectar en serie las bobinas. Y la alimentacion en los terminales de las bobinas

Sistema de Arranque a Tensin Plena

Arranque Directo

En arranque directo se aplica tension nominal a traves del contactor y dispositivos de proteccn como los fusibles y el rele trmico.En este arranque el motor desarrolla en el arranque su torque mximo, si la carga lo requiere. El inconveniente es que toma una corriente de arranque mxima de 5 a hasta 8 veces la corriente nominal.Para calculos considerar Iarr= 6 In.

Este sistema es recomendable para motores de baja potencia, normalmente recomendado hasta 5 Kw ( 6.7 HP). Muy utilizado para motores trifsicos asincrnos con rotor en jaula de ardilla. Solo se requieren conexin a 3 bornes del motor.No se recomienda en fajas trasportadoras, ni en montacargas por el elevado par de arranque.

Diseo de un Arrancador Directo

Se utiliza un contactor: Principal. Tambin, un rel trmico (o dispositivo de proteccin), pulsador de parada y pulsador de arranque.

Circuitos:

:Descargar archivo para CADeSIMUArranque Directo con Inversin de Giro

Descargar archivo para CADeSIMUSistemas de Arranque a Tensin Reducida

Mtodos de arranque:

Estrella-Triangulo

Estrella-Triangulo con resistencia-Triangulo

Mediante Autotransformador

Resistencias Rotoricas

Resistencias Estatoricas

Arrancadores Electronicos.

Arranque Estrella-Triangulo

Un motor de corriente alterna (asncronos) con rotor en jaula de ardilla se puede poner en marcha con el mtodo de arranque directo o a tension reducida

Para su plena carga un motor asincrono opera normalmente con una disposicin de las bobinas estatorias en triangulo o delta.

El arranque directo de un motor, absorve elevadas correintes en el momento de conectarlo a la red, normalemnte de 5 a 8 veces el valor de la In (intensidad nominal), lo cual se traducira en devanados electricamente mas robustos y dspositivos de control y de proteccin de mayor rango, y alimentadores de mayor capacidad. Encareciendo los costos. Por eso el arranque directo no se usa en motores de elevada potencia. Y se utiliza el arranque denominado estrella-triangulo.

Se aplica en mquinas que arrancan en vaco, en ventiladores y bombas centrifugas de pequea potencia.

Conexin Estrella

Consiste en unir entre si un terminal de cada bobina del estator.Y la alimentacin es en cada uno de los otros terminales. Se genera una tensin equivalente a la tensin entre fases, dividida por raiz de 3. Es decir que la tensin durante el arranque (I arr) se reduce en 1.73 veces. (raiz de 3 = 1.73)

I arr = 2 In (intensidad nominal)

Conexin Tringulo

Consiste en conectar en serie las bobinas. Y la alimentaci en los terminales de las bobinas. La tensin es equivalente a la tensin lnea-lnea.

I arr = 6 In (intensidad nominal)

Sistema de arranque Estrella-Tringulo.

La secuencia comienza en configuracion estrella, generando una tensin en cada una de las bobinas del estador 1.73 veces menor que la nominal. Una vez que el motor alcanza entre el 70% u 80% de la velocidad nominal se desconecta el acoplamiento en estrella para realizar la conmutacin a configuracin tringulo, momento a partir del cual el motor opera en condiciones normales.

Curvas de Arranque

Diseo de un Arrancador Estrella-Triangulo

Se utilizan un temporizador y tres contactores: Principal(red), Triangulo y Estrella. Tambin, un rel termico (o dispositivo de proteccin), pulsador de parada y pulsador de arranque.

Sistema de Arranque:

Esta otra alternativa del cirucuito de mando se requiere un contacto auxiliar menos para el contactor principal

Este esquema corresonde cuando el contacto principal tiene un temporizador On-Delay adosado

Arranque Estrella-Trinagulo con Inversin de Giro

Arranque con Resistencias Estatricas

Se intercalan una o mas resisistencias (escalones) a fin de reducir las corrientes transitorias y el torque durante el arranque.

Curvas de Arranque

Diseo de un Arrancador con Resistencias Estatoricas de 1 escaln

Se utilizan un temporizador y dos contactores: Principal(red), Resitencias. Tambin, un rel termico (o dispositivo de proteccin), pulsador de parada y pulsador de arranque.

Sistemas de Arranque:

AplicacionesMquinas de fuerte inercia:Compresores de refrigeracin, mquinas tensoras, ascensores, escaleras automticas, etc.

Arranque con Resistencias Rotoricas

Se intercalan una o mas resisistencias (escalones) en el circuito del rotor del motor a fin de reducir las corrientes transitorias y el torque durante el arranque. Se aplica a motores de rotor bobinado.

Diseo de un Arrancador con Resistencias Estatoricas de 1 escaln

Se utilizan un temporizador y dos contactores: Principal(red), Resistencias. Tambin, un rel termico (o dispositivo de proteccin), pulsador de parada y pulsador de arranque.

Sistemas de Arranque:

Aplicaciones

Mquinas de arranque en carga, de arranque progresivo:Gras, puentes gra, ascensores, montacargas, compresores de pistn, bombas volumtricas, cizallas, trituradoras, etc.

Arranque con Arrancadores de Estado Slido

Arrancadores Suaves para Motores Asncronos

Los motores asncronicos o de induccin son un tipo de motores de corriente alterna. El rotor puede ser tipo jaula de ardilla o bobinado, y un estator que contiene las bobinas inductoras.

El arrancador suave es un limitador de torque que permite un arranque suave y tambien una detension o parada suave a los motores asncronicos

Diseo de un Arrancador Estrella-Triangulo

Se utilizan un temporizador y tres contactores: Principal(red), Triangulo y Estrella. Tambin, un rel termico (o dispositivo de proteccin), pulsador de parada y pulsador de arranque.

Sistemas de Arranque:

Esto evitas los golpes mecanicos que causan dao. Se aplican en fajas o cintas trasnportadoras, bombas, ventiladores, puertas automaticas, etc.

Un ejemplo es el Telemecanique Altistart 01. (Vista a la derecha)

http:/www.schneider-electric.cl/documents/local/cap02.pdfDescarga el DataSheet desde este servidor

Funciones del Arrancador

Diagrama de Mando

Mando a 2 hillosLa marcha y parada son controladas por una sola entrada lgica. El estado "1" de la entrada lgica LI2 ordena la marcha y el estado "0" la detencin.

Mando a 3 hilosLa marcha y la parada son controladas por dos entradas lgicas diferentes. El impulso sobre la entrada LI2 (orden de marcha es memorizado hasa la abertura de la entrada LI12. Asi, la orden de marcha se mantiene hasta la orden de parada (pasada a "=" de la entrada LI1)

Control manual sin contactor

El equema de la iquierda muestra los contactos bsicos.

Ejemplos

Haremos los esquemas de mando y fuerza utilizando el CADeSIMU. Utilizamos el objeto de un variador de velocidad en lugar arrancador electronico, para efectos de la simulacion

Haremos los esquemas de mando y fuerza utilizando el CADeSIMU. Utilizamos el objeto de un variador de velocidad en lugar arrancador electronico, para efectos de la simulacion.

A la derecha la imagen equivalente en CADeSIMU del circuito de arriba con un comando de 2 hilos.

Arranque Suave de Varios Motores con un solo Arrancador Electrnico

Primero, desarrollamos un arranque electrnico que una vez haya alcanzado la velocidad plena (se debe dar el tiempo suficiente en un temporizador) cambia a arranque directo y libera el arrancador electrnico. Con este diseo base, se har el arranque sucesivo de varios motores con el mismo arrancador electrnico.

Arranque suave de dos motores en cascada - Encendido Manual uno a uno

Este circuito permite compartir un solo arrancador electrnico con dos motores asncrons. Cualquiera de los motores se encienden con pulsadores manuales uno por uno. Se impide que se accione el encendido del otro motor hasta que se libere el arrancador electrnico.

Arranque suave de dos motores en cascada automtico

Este circuito utiliza un solo arrancoador electronico para arrancar en forma secuencial dos motores asncrons.

Arranque suave de tres motores en cascada automtico

Este circuito utiliza un solo arrancoador electronico para arrancar en forma secuencial tres motores asncrons.Circuito de mando:

El circuito de fuerza