ARRANCADORES EN ESTADO SÓLIDO El desarrollo de los aparatos encargados del control de los motores ha evolucionado hasta llegar a este tipo de arrancadores, los cuales mediante la electrónica de potencia logran manipular de una manera óptima y más eficaz a diferencia de los anteriores. anteriores. Los arrancadores de de estado sólido son los más más modernos utilizados en el arranque de motores de corriente alterna. Existen ciertas diferencias entre los de tipo convencional y estos de nueva generación, alguna de estas son: No utilizan algún tipo de enlace mecánico para realizar cambios de baja a alta potencia. No es necesario implementar resistores inductores o algún autotransformador El sistema de control de conexiones tanto para arranque y paro está dado en un circuito de control de baja potencia. Mantenimiento mínimo, puesto que no utiliza contactos. Los arrancadores en estado sólido tanto para c.a. como para c.c utilizan los llamados SCR (Rectificadores Controlado de Silicio). La mayoría de los arrancadores de estado sólido operan durante el arranque del motor. Los arrancadores de estado sólido se enfocan en que la corriente del motor dependerá del voltaje y la velocidad; mientras que el par mecánico del motor será proporcional propo rcional al cuadrado del voltaje. El voltaje en los arrancadores de estado sólido sólido depende del ángulo de disparo en el SCR el cual aparece a continuación. Ángulo de disparo del SCR y salida del voltaje Podemos observar que a mayor ángulo á ngulo d e dis p a r o m e n o r s e r á el v olt a j e obtenido en el ciclo aparente obtenido a la salida del SCR, y a medida que se reduce el ángulo de disparo, el voltaje aumenta; siendo en 90° la totalidad del valor pico de la onda senoidal.
Funcionamiento del Triac El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control: los tiristores. El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa. La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera: La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que apunta hacia arriba). Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta). Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así, controlar el tiempo que cada tiristor estará en conducción. Recordar que un tiristor sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor). Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume. PARTES DEL ARRANCADOR DE ESTADO SOLIDO El arrancador de estado solidó es un regulador de tensión alterna con tristores con dos partes fundamentales: 1.- MODULO DE CONTROL.a.- El modulo de control asegura: * El encendido de los tristores. * El calculo de la condiciones de funcionamiento mediante un microprocesador. * La memorización y salvaguarda del estado térmico del motor y del arrancador. * La vigilancia de la red de alimentación y el aislamiento galvánico. 2.-MODULO DE POTENCIA.a.-El modulo de potencia agrupa: * Los tres conjuntos de los tristores montados en oposición y sus protecciones, los transformadores de media corriente y de alimentación de control. * El conjunto de ventilación con sus seguridades.
¿Qué son los contactores de bypass? Los contactores de bypass puentean los SCR del arrancador suave cuando el motor está funcionando a plena velocidad. Esto elimina la disipación de calor de los SCR durante el funcionamiento del equipo. Algunos arrancadores suaves tienen contactores de bypass incorporados, otros requieren un contactor de bypass externo. Los contactores de bypass • Permiten que los arrancadores
sean instalados cerrados
en
recintos
• Elimina el coste de la ventilación
del armario • Ahorra energía por la eliminación
de las pérdidas de SCR durante la marcha Los contactores de bypass deben tener clasificación AC1 para motor FLC. La calificación AC1 es adecuada porque el contactor de bypass no soporta la corriente de arranque ni conmuta en caso de fallo. ¿Qué es una conexión estrella-triángulo? (6-hilos) La conexión interna estrella-triángulo (también llamada conexión de seis hilos) coloca los SCRs del arrancador suave en serie con cada devanado del motor. Esto significa que el arrancador suave sól transmite la corriente de fase, no la corriente de línea. Esto permite al arrancador controlar un motor con más corriente a plena carga de la normal.. Cuando se usa una conexión en estrella-triángulo, se debe utilizar un contactor principal o una caja moldeada con bobina de disparo para desconectar el motor y el arrancador suave de la red en caso de disparo.
Este arrancador está constituido por dispositivos de estado sólido (tiristores) mediante los cuales se controla la tensión que alimenta al motor, la tensión aumenta en forma progresiva evitando el cambio brusco del par y la corriente de arranque. Mediante este tipo de arranque se consigue controlar las características de funcionamiento durante los períodos de arranque y parada. La corriente y el par pueden regularse en un amplio rango Normalmente una vez que el motor ha arrancado, el arrancador de estado sólido se puentea mediante un contactor llamado de ‘bypass’
Solo se requiere que los motores tengan 3 terminales.Componentes principales:Los componentes principales son: Arrancador electrónico (estado sólido) Contactor electromagnético de bypass Relé de protección térmico (si es requerido) Características principales:Para solicitar un motor se requiere los siguientes datos: Potencia del motor: HP o kW Tensión del motor : 220 V, 380V, 440V, 480 V Frecuencia de la red: 60 Hz Altitud Fabricación bajo Norma IEC
Opciones: Pulsadores de arranque y parada Pilotos de señalización: arranque, parada, sobrecarga Borneras para conexión externa ESPECIFICACIONES TECNICAS El motor asíncrono con el arrancador debe tener la capacidad para arrancar la carga que debe mover, cuando reciba alimentación bajo tensión reducida. Daremos la relación mas amplia posible de especificaciones: Tensión nominal de alimentación. tensión máxima en régimen permanente. Frecuencia nominal. Intensidad nominal en régimen de corta duración (60”).
Potencia de mayor motor que puede arrancar. MODO DE ARRANQUE: Rampa de tensión ajustable mediante el potenciómetro con umbral tensión inicial y tensión final. Limitación de intensidad ajustable mediante el potenciómetro. Impulso de despegue “booster” durante unos pocos periodos al inicio del arranque.
MODO DE PARADA: Parada libre por corte de alimentación al estator. Parada por inyección de corriente continua. VENTAJAS Alta reducción de los esfuerzos mecánicos sobre los acoples y dispositivos de transmisión (reductores, poleas, engranajes, correas, etc.) durante al arranque. Eliminación de golpes mecánicos. Evita el golpe de ariete en bombas. Aumenta la vida útil del motor. Facilidad de operación. Instalación eléctrica sencilla. Relé térmico electrónico incorporado.
Autotransformadores para Arranque de Motores Los autotransformadores para arranque de motores reducen la corriente de arranque manteniendo la tensión baja aplicada durante la operación de puesta en marcha de motores síncronos y asíncronos. Por lo general, el arranque directo del motor genera trastornos de tensión y estrés mecánico a los equipos. Es posible arrancar con una tensión reducida utilizando un autotransformador. El autotransformador reduce en gran medida la corriente de arranque con un moderado torque de arranque. Están diseñados normalmente con tomas de tensión en 50, 65 y 80% de la tensión nominal. A diferencia de los sistemas de arranque basados en reactores, la tensión del motor es fija y se alcanza mayor reducción en la corriente de arranque con el mismo torque de arranque del motor. El motor está conectado a las tomas en el autotransformador durante el período de arranque de tensión reducida. Con la tensión de arranque más baja, el motor consume menos corriente y desarrolla menos torque si es que estuviera conectado a la tensión de línea. Tiristor (SCR) en corriente continua. Antes de iniciar la lectura del Tiristor (SCR) en corriente contínua, se recomienda leer el tutorial el tiristor. Normalmente el tiristor trabaja con polarización directa entre ánodo (A) y cátodo (C o K) (la corriente circula en el sentido de la flecha del tiristor). Con esta condición, sólo es necesario aplicar un pulso en la compuerta (G) para activarlo. Este pulso debe de tener una amplitud mínima, para que la corriente de compuerta (IG) provoque la conducción. Tiristor (SCR) en corriente contínua Activacion del tiristor (SCR) en corriente contínua En el gráfico se ve una aplicación sencilla del tiristor en corrien te continua. El tiristor se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con un pulso de tensión que causa una pequeña corriente. (s e cierra momentáneamente el interruptor S). El tiristor conduce y se mantiene conduciendo, no necesitando de ninguna señal adicional para mantener la conducción. No es posible desactivar el tiristor (que deje de conducir) con la compuerta.
Características del pulso de disparo La duración del pulso aplicado a la compuerta G debe ser lo suficientemente largo para asegurar que la corriente de ánodo se eleve hasta el valor de retención. Otro aspecto importante a tomar en cuenta es la amplitud del pulso, que influye en la duración de éste. Desactivación de un tiristor El tiristor una vez activado, se mantiene conduciendo, mientras la corriente de ánodo (IA) sea mayor que la corriente de mantenimiento (IH). Normalmente la compuerta (G) no tiene control sobre el tiristor una vez que este está conduciendo. Opciones para desactivar un tiristor: Se abre el circuitos del ánodo (corriente IA = 0) Se polariza inversamente el circuito ánodo-cátodo (el cátodo tendrá un nivel de tensión mayor que el del ánodo) Se deriva la corriente del ánodo IA , de manera que esta cor riente se reduzca y sea menor a la corriente de mantenimiento IH. Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tiristor seguirá conduciendo hasta que por él una cantidad de corriente menor a la llamada “corriente de mantenimiento o de retención (IH)”, lo que causará que el tiristor deje de conducir aunque la tens i ón
VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra) no sea cero. Como se puede ver el SCR , tiene dos estados: Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja. Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada. El Tiristor con carga inductiva Cuando la carga del SCR no es resistiva pura como se muestra en el gráfico anterior si no, una carga inductiva, (se comporta como un inductor), es importante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente en aumentar en una bobina. El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo suficientemente durader o para que la corriente de la carga iguale a la corriente de enganche y así el tiristor se mantenga en conducción. Tiristor – SCR en corriente alterna Antes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda los tutoriales el tiristor y el tiristor en corriente continua.
Control de fase con tiristor Se usa principalmente para controlar la potencia que se e ntrega a una carga. (en el caso de la figura es un bombillo o foco). La fuente de voltaje puede ser de c.a., 120V c.a., 240V c.a. , etc. La potencia suministrada a la carga se controla variando el ángulo de conducción. El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del tiristor. Como R es un potenciómetro, el valor resistivo puede variar y así producir un corrimiento de fase ajustable, que causará que la entrega d e potencia a la carga (el bombillo) también sea variable. Con ésto se logra que la intensidad de la luz en el bombillo varíe. El diodo en la compuerta del tiristor se usa para bloquear la tensión de compuerta durante el ciclo negativo (de 180° a 360°) Tiristor - SCR en corriente alterna
Formas de onda de la señal de entrada y en la carga para diferentes corrimientos de fase. Formas de onda de la señal de entrada y en la carga para diferentes corrimientos de fase en un circuito con tiristor - Tiristor - SCR en corriente alterna El 1er diagrama muestra la onda de entrada. Observar los ptos. 0°, 180° y 360°. El 2do diagrama muestra la señal aplicada a la carga cuando el disparo es a los 45° El 3er diagrama muestra la señal aplicada a la carga cuando el disparo es a los 150°.
