ac ac trifasicos

CONTROLADORES AC TRIFASICOSCONFIGURACIONES

CONTROLADORES AC TRIFASICOSCONTROLADOR TRIFASICO AC DE ONDA COMPLETA SIN CONEXIÓN DE

NEUTRO Y CARGA CONECTADA EN ESTRELLA

3

2sin2

3

2sin2

sin2

wtVv

wtVv

wtVv

CN

BN

AN

SISTEMA TRIFASICO DE ALIMENTACION:

CONTROLADORES AC TRIFASICOS

6

3sin23

6

5sin23

6sin23

wtVv

wtVv

wtVv

CA

BC

AB






VAN VBN VCN

VAB VBC VCA



Debido a que el neutro de la carga trifásica con conexión en estrella esta flotante (tal como sucede con el estator de un motor de inducción con jaula de ardilla), si la corriente es impulsada por la fuente VAN esta debe regresar por la fuente, digamos VBN; esto implica que al menos dos líneas deben estar conduciendo corriente.

Dicho de otra manera cada voltaje de línea a línea impulsa corriente a través de dos ramas de la carga (que están en serie), conduciendo Q1 y Q6.



Es conveniente definir claramente el ángulo de disparo de todos los tiristores tomando como referencia el SCR Q1.

Recordemos que el ángulo de disparo es la medición angular eléctrica (grados o radianes) al cual el pulso de disparo es retardado por control de fase en relación a la operación natural que ocurre cuando los SCR’s son reemplazados por diodos y se tiene una carga puramente resistiva.


iA iB iC


iA

iB iC

iA

Q1 inicia su conducción

0

VAB VAC VBC VBA VCA VCB

0)( 1QIG

67


6 )( 1QIG


2

)( 1QIG

32


65

)( 1QIG

3

INTERVALOS DE CONDUCCION DE LOS SCR’s

iB iCiA

Q1

Q5

Q6

Q1

Q2

Q6

Q1

Q2

Q3

Q5

Q4

Q3

Q4

Q2

Q3

Q5

Q4

Q6

6

Q1

Q5

Q6

Q1

Q2

Q6

Q1

Q2

Q3

Q4

Q2

Q3

Q5

Q4

Q3

Q5

Q4

Q6

Q5

Q4

Q6

6

6 Q1

Q5

Q6

Q1

----

Q6

Q1

Q2

Q6

---

Q5

Q6

---

Q4

Q3

---

Q5

Q4

Q1

Q2

Q3

---

Q2

Q3

Q2

Q4

Q3

Q4

Q5

Q3

Q1

Q2

---

---

Q5

Q6

Q4

Q5

Q6


6

Q5

Q6

Q1

Q6

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q4

Q5

Q5

Q62

Nos focalizaremos sobre el motor de inducción jaula de ardilla, que es un motor barato y con bajos costos de mantenimiento y que puede poseer características especiales como:

*Alta eficiencia.

*Bajo nivel de ruido.

*Funcionamiento en ambientes severos

Cuando se utiliza un arrancador suave es conveniente si el motor tiene un alto torque de arranque.

El numero de polos también afecta la selección, un motor con dos polos, generalmente tiene torques de arranque menores que los de los motores con cuatro o mas polos.

V4003230

Conexión Delta Conexión Estrella

P= Potencia activa (KW)

Q=Potencia reactiva (KVAR)

S=Potencia aparente (KVA)

El motor convierte la potencia activa en acción mecánica y la potencia reactiva se requiere para la magnetización del motor

9.07.0

cos

PFS

PPF

El Factor de potencia (Power factor=PF) se define como:

0.7 motores de baja potencia

0.9 motores de alta potencia

p

fn

602

n1 = Velocidad sincrónica del motor en RPM.

n = Velocidad asincrónica (nominal).

s = deslizamiento.

f = Frecuencia de la red de alimentación.

p = Numero de polos del embobinado del estator.

Velocidad sincrónica para diferentes frecuencias y numero de polos

1

1

n

nns

El deslizamiento aumenta con el incremento en el torque de carga aplicado al eje del motor (n disminuye; velocidad del eje del motor)

Métodos mas comunes de arranque de motores de inducción

trifásicos con jaula de ardilla

Arranque directo Convertidor de frecuencia

Estrella triangulo Arranque suave

La corriente de arranque es 6 a 7 veces la corriente nominal del motor

El torque alto de arranque es

innecesario, y se ejerce altas

fuerzas sobre el acople y la carga acoplada al eje

La corriente de arranque es

aproximadamente el 30 % de la obtenida con

arranque directo

El torque de arranque es

aproximadamente el 25 % del

obtenido con arranque directo

Aplicaciones con un torque de carga inicial mayor que el 50 % del torque nominal del

motor no pueden utilizar este método

80% a 85 % de la velocidad nominal

Problemas comunes con diferente métodos de arranque

Tipo de problema

El arranque por autotransformador y el método de arranque por devanados parciales tienen problemas similares que el arranque estrella triangulo.

Método de arranque

LIMITACION DE CORRIENTE

Esta característica se utiliza cuando se requiere limitar las corrientes de arranque a valores previamente seleccionados.

Nótese que el tiempo de arranque no se contabiliza durante la limitación de corriente

Las indicaciones en los arrancadores suaves difieren de un tipo a otro aun dentro de un mismo fabricante y las mas importantes son:

ON: El voltaje de alimentación esta conectado y el arrancador esta listo

TOP OF RAMP: El arranque ha concluido y al motor se le aplica el voltaje nominal, si se utiliza un contactor de by-pass; este debe ser activado en este instante.

INDICACIONES OPERATIVAS DE LOS ARRANCADORES SUAVES

Las indicaciones en los arrancadores suaves difieren de un tipo a otro aun dentro de un mismo fabricante y las mas importantes son:

FAULT: Puede deberse a diferentes factores; esta puede ser interna (falla del arrancador) o externa en el lado de la alimentación (falla de la alimentación, fusibles, perdida de fase, etc.) o en el lado del motor (motor no conectado, falta de una fase, etc. )

OVERLOAD: Indica que se ha activado la protección de sobrecarga. Las razones son diversas: alta corriente en el motor, demasiado tiempo de arranque, arranques repetidos, mala calibración del relee de sobrecarga.

OVERTEMPERATURE: La unidad de potencia (SCR’s y disipador) esta sobrecalentado, debido a muchos arranques repetidos en poco tiempo, demasiado tiempo de arranque, etc.

INDICACIONES OPERATIVAS DE LOS ARRANCADORES SUAVES

DERRATEO CON LA ALTURA

Cuando se utiliza el arrancador a alturas mayores a los mil metros sobre el nivel del mar, la unidad tiene que ser derrateada debido al menor enfriamiento.

Cada fabricante especifica la formula de derrateo, a manera de ejemplo los arrancadores suaves de ABB especifican que:

150

1000100%

x

Ie

Donde:

x = Altitud donde esta ubicado el arrancador.

Ie = Corriente nominal del arrancador suave.

DERRATEO CON LA ALTURA

Ejemplo: Arrancador de 300 Amperios, ubicado a 2.800 mts. Sobre el nivel del mar (Quito).

AI

I

xI

e

e

264

0.88150

1000800.2100%

150

1000100%

3600

Calibraciones recomendadas:

Rampa de arranque: 10 segundos.

Rampa de parada: 20 segundos.

Voltaje inicial: 30 %

BOMBAS




Voltaje inicial: 30 % Compresores de pistón

Voltaje inicial: 40 % Compresores de tornillo

COMPRESORES




(Si se utilizan materiales frágiles use 10 segundos)

Voltaje inicial: 40 % Compresores de tornillo

CADENAS TRANSPORTADORAS

GUIA RAPIDA DE SELECCION

CONEXIÓN DE LOS ARRANCADORES SUAVES

Básicamente hay dos formas de conexión para los arrancadores suaves. En línea (In Line) que es el método mas utilizado y dentro de la Delta (Inside Delta).

Nótese que pocos tipos de arrancadores pueden ser conectados dentro de la delta. ABB dispone de la línea PSS 18/30……300/515

CONEXIÓN EN LINEA (IN LINE)

Las tres fases son conectadas en serie con el contactor principal y el relee de sobrecarga.

El arrancador debe ser seleccionado de acuerdo con la corriente nominal del motor.

Un motor de 150 Amperios debe ser conectado con un arrancador de 150 Amperios

Selector

CONEXIÓN DELTA INTERNA (INSIDE DELTA)

Se posibilita que el arrancador se conecte en el interior de la delta y de esta forma puede reemplazar directamente un arrancador estrella triangulo.

Además dentro de la Delta el arrancador únicamente maneja el 58 % (1/sqrt(3)) de la corriente de línea; de tal forma que es posible dimensionar el arrancador con menor capacidad (solución efectiva en costos)

CONEXIÓN DELTA INTERNA (INSIDE DELTA)

EJEMPLO: Un motor de 100 Amperios requiere un arrancador suave de únicamente 58 Amperios.

Adicionalmente el contactor principal y relee térmico se conectan dentro de la Delata (ahorro adicional)

Selector

ANALISIS COMPARATIVO

Obsérvese que las dos alternativas detienen el motor, pero en la alternativa A se considera que el motor queda aun energizado y por consiguiente debe disponerse de un mecanismo adicional de desconexión

ARRANCADOR SUAVE SIN LIMITACION DE CORRIENTE

ARRANCADOR SUAVE CON LIMITACION DE CORRIENTE

CAPACIDAD DE ARRANQUE

CON DISYUNTOR DE BY-PASS

Cuando se utiliza el arrancador suave con disyuntor (contactor) de by-pass, generalmente es posible seleccionar un arrancador una menor potencia nominal en relación a la potencia nominal del motor.

La razón es que el arrancador funciona únicamente durante el momento de arranque y parada, mas no continuamente.

CAPACIDAD DE ARRANQUE CON PROTECCION DE SOBRECARGA

La protección de sobrecarga para el motor (térmica o electrónica) generalmente limita la capacidad de arranque.

Un relee clase 10 se utiliza para arranques normales, en cambio clase 30 se utiliza para arranques fuertes, donde normalmente se utilizan mayores tiempos de arranque.

En algunas aplicaciones el rele de sobrecarga es by-passed durante el arranque para conseguir mayores tiempos de arranque; es indispensable chequear la capacidad del arrancador, debido a que este podría ser la limitación

CAPACIDAD DE ARRANQUE CON PROTECCION DE SOBRECARGA

NUMERO DE ARRANQUES-HORA

El numero máximo de arranques hora de un arrancador suave depende de algunos factores, tales como: la corriente de arranque, temperatura ambiente tiempo de arranque y el factor de intermitencia.

El factor de intermitencia es una figura que indica por cuanto tiempo el arrancador ha estado funcionando (tiempo de arranque y parada) en relación al ciclo total de trabajo.

Es importante definir el factor de intermitencia cuando nos referimos al numero de arranques-hora debido a que el tiempo en que no se arranca o para es realmente el tiempo de enfriamiento del arrancador (SCR’s).

NUMERO DE ARRANQUES-HORA

Por ejemplo si un arrancador ha estado en el proceso de arranque por 45 minutos de un ciclo de 60 minutos, luego el factor de intermitencia es 75% encendido y 25% apagado.

ARMONICAS

Las armónicas son voltajes y corrientes indeseables en prácticamente todo sistema eléctrico y normalmente son múltiplos de la frecuencia fundamental (en nuestro caso 60 Hz.).

Las armónicas típicas son: la tercera, quinta, séptima, novena, etc. Las armónicas producen calentamiento innecesario en los motores, cables y otros equipos y acortan el tiempo de vida útil de los dispositivos expuestos por largos periodos de tiempo.

ARMONICAS

A menudo inclusive pueden interferir en el normal funcionamiento de los equipos electrónicos.

Los niveles y contenido armónico dependen del sistema de distribución de energía eléctrica y además de otros parámetros tales como las impedancias de la red de distribución, accionamientos electrónicos de los motores, bancos de condensadores y demás dispositivos utilizados en el sistema eléctrico. En pocas palabras este es un fenómeno en extremo complejo.

CONTENIDO ARMONICO DE ARRANCADORES SUAVES

El contenido armónico producido por las aplicaciones con arrancadores suaves, actualmente no es una cuestión relevante.

Esta reflexión se origina en un análisis comparativo con los accionamientos (Drivers) de motores, que generalmente tienen un funcionamiento continuo por lo cual muchas veces se requiere filtros de eliminación de armónicos.

En general los arrancadores suaves cumplen con las directivas EMC en lo que concierne con la emisión e inmunidad y por tanto no se requiere ninguna acción correctiva para la eliminación de los armónicos generados.

AREAS Y ZONAS DE RIESGO (HAZARDOUS)

ZONA 0

Área con atmosfera contaminada por gases explosivos y están presentes de manera permanente o por largos periodos de tiempo. Únicamente se utilizan equipos con seguridades intrínsecas o categoría Exi. Se excluyen los motores en esta zona.

ZONA 1

Área con atmosfera contaminada por gases explosivos tienen una alta probabilidad de ocurrencia en operación normal. Se pueden utilizar motores con categoría Exd, Exe y Exp.

AREAS Y ZONAS DE RIESGO (HAZARDOUS)

ZONA 2

Área con atmosfera contaminada por gases explosivos no tienen una alta probabilidad de ocurrencia en operación normal y si ocurre será por un corto periodo de tiempo. Bajo ciertas condiciones los equipos no necesitan ser diseñados con protecciones para explosiones

EJEMPLO DE ZONAS DE RIESGO (HAZARDOUS AREA)

SELECCIÓN Y LOCALIZACION DE ARRANCADORES SUAVES PARA AMBIENTES EX

Si se utiliza un arrancador para una aplicación Ex, este normalmente localizado en un tablero fuera de las zonas de riesgo.

El relee de sobrecarga debe ser una versión especial diseñada para motores EEx (por ejemplo TA 25DU…V1000 hasta T 900 DU/SU…V1000). Este tipo de relee tiene una curva de ruptura mas exacta.

El tipo y dimensionamiento del arrancador y otros dispositivos que se utilicen deben ser seleccionados de acuerdo a la coordinación tipo 2.

COORDINACION

Por coordinación se entiende una adecuada selección de aparatos eléctricos, que son seguros tanto para el medio ambiente como para el personal; aun ante la ocurrencia de una sobrecarga o falla en el sistema.

El conjunto de coordinaciones asegura las siguientes cuatro funciones esenciales.

Protección contra sobrecargas.- Se preserva todos los componentes, cables motores del sobrecalentamiento y valida para todas las corrientes aun para condiciones de rotor bloqueado. Este dispositivo debe enviar una señal de corte al medio de desconexión, que normalmente es un disyuntor.

COORDINACION

Control del motor.- Función realizada por el disyuntor principal.

Protección contra cortocircuitos.- Corriente de falla superiores a las de rotor bloqueado.

Aislamiento.- Asegura un espacio de aire cuando se abre el gabinete por el personal de seguridad.

Así por ejemplo para los arrancadores ABB, la coordinación es efectuada de acuerdo a la norma IEC 60947-4-2 “Arrancadores y controladores de estado sólido para motores AC y también la norma EN 60947-4-2

TIPOS DE COORDINACION

La norma IEC 60947-4-2 define dos tipos de coordinación de acuerdo a los niveles esperados de la continuidad del servicio. La Regla General de la norma IEC 60947-1 es aplicable a la normalización previa.

TIPO 1

Esta coordinación requiere que bajo condiciones de cortocircuito, el dispositivo no causara danos a personas o la instalación. El equipo no para ser puesto en servicio sin antes ser sometido a reparación y reemplazo de partes.


TIPO 2

Esta coordinación requiere que bajo condiciones de cortocircuito, el dispositivo no causara danos a personas o la instalación. El equipo puede ser puesto en servicio.

Para controladores y arrancadores híbridos se reconoce el riesgo de contacto soldado, en este caso el fabricante debe indicar las medidas que deben tomarse en los procedimientos de mantenimiento del equipo.


IMPORTANTE

Cuando se utiliza un arrancador suave con una coordinación Tipo 2. Después de un cortocircuito se acepta el reemplazo de los fusibles.

Se deben utilizar fusibles para protección de semiconductores para tener una protección tipo 2 para arrancadores suaves.

Obsérvese que se esta protegiendo semiconductores (SCR’s).

CATEGORIAS DE UTILIZACION

Las categorías de utilización están establecidas en la norma IEC 60947-4-2 ”AC semiconductor motor controllers and starters”.

La utilizada por los fabricantes para arrancadores de bajo voltaje (menores a 2000 Voltios) es la AC-53.

CATEGORIAS DE UTILIZACION

TIPO DE FUSIBLES

En el mercado eléctrico hay tres tipos de fusibles, con diferentes funciones y características.

Un determinado tipo de fusible no puede reemplazar a otro. Si se reemplaza un fusible de 100 A con otro fusible de 100 A (el mismo rango) sin chequear el tipo hay el riesgo de que se pierdan características de protección, puesto que el original puede ser del tipo que posee características de protección contra cortocircuitos y térmicas; mientras que el fusible de reemplazo solo posee características de protección para cortocircuitos

TIPO DE FUSIBLES

Fusibles gL/gG.- Poseen una combinación de características de protección contra cortocircuitos y sobrecarga térmica para los cables (5s > 3,5 x In).

Fusibles aM.- Poseen únicamente protección contra cortocircuitos 5s > 9 x In).

Fusibles para Semiconductores.- Son fusibles de alta velocidad. Es el único tipo de fusibles lo suficientemente rápidos para completa coordinación tipo 2 con arrancadores suaves. Se necesita una protección separada para sobrecarga del motor

TIPO DE FUSIBLES

TABLAS DE COORDINACION

Las Tablas de coordinación para arrancadores suaves se publican en los sitios WEB de los Fabricantes, por ejemplo para ABB en la dirección www.abb.com en Product Guide >Low Voltage Products and Systems >Control Products

http://www.abb.com/

http://www.abb.com/ProductGuide/

http://www.abb.com/product/us/9AAC910006.aspx?country=EC

www.abb.com

http://www.abb.com/


Starter and fuses In-line Starter Inside Delta andfuses In-line

DESCARGA ELECTROSTATICA

ESD – Electro Static Discharge

Un problema serio con el uso de equipos electrónicos es la descarga electrostática. Este se origina por el incorrecto manejo de circuitos electrónicos y tarjetas de circuito impresos.

Un dispositivo dañado por ESD ha sido expuesto a altos niveles de voltaje; actualmente esta sensibilidad aumenta debido a la alta integración de los componentes electrónicos (mas funciones en un mismo empaquetamiento). La distancia entre conductores ha disminuido y por consiguiente la distancia de aislamiento es minima. Un valor de 0.002 mm es muy común en modernos IC.

DESCARGA ELECTROSTATICA


IMPORTANTE:

Es muy importante tener presente que las principales causas de descargas electrostáticas son:

•Rozamiento de dos superficies (Los técnicos acostumbran limpiar las tarjetas con brochas).

•Separar dos superficies, por ejemplo cuando se saca las cubiertas de plástico de las tarjetas (excepto cuando la cubierta es conductiva).

•Inducción causada por electricidad estática sin que se necesite ningún contacto con el material.

FALLAS GENERADAS POR ESD


Circuitos Analógicos:

Perdida de exactitud en las mediciones.

Niveles de voltajes defectuosos, se requiere calibración.

Funcionamiento defectuoso.

Circuitos Digitales:

Los unos se hacen ceros y los ceros unos sin ninguna razón.

Ni ceros ni unos (Circuito muerto)

NIVELES DE VOLTAJE ESD


PROTECCION CONTRA ESD


*Siempre utilizar un brazalete conectado a tierra.

*Siempre usar el correcto tipo de empaquetado (fundas con protección ESD).

*Conectar las maquinas y equipos de prueba a tierra.

*Alta humedad (En nuestro medio este es un factor favorable).

Muchos Laboratorios utilizan ventiladores que contienen material radiactivo para ionizar el aire (Productos 3M) y eliminar la electricidad estática.

INFORMACION AMBIENTAL

La manera como un producto afecta el medio ambiente es un factor cada vez mas importante en la fase de diseño de nuevos equipos electrónicos e inclusive cuando se hace una modernización o introducen mejoras en equipos ya existentes.

Con el propósito de tener una visión completa de los aspectos ambientales se han generado metodologías que ayudan ha conseguir estos objetivos


LCA (Life Cycle Assessment)

LCA es una herramienta administrativa para la valoración y cuantificación del ciclo de vida completo de un determinado material. El impacto de los productos o actividades sobre su ciclo completo de vida a través del análisis de un material particular, proceso, producto o tecnología, servicio o actividad.

Los aspectos mas importantes que afectan el medio ambiente para un arrancador son:

* Elección de los materiales del arrancador.

*perdidas de energía durante el tiempo de vida.

* Las Posibilidades de reciclaje.


LCA (Life Cycle Assessment)


EPD (Environmental Product Declaration)

El EPD es un documento que describe los efectos ambientales de un producto tanto en el proceso de fabricación como en la fase de uso del producto.

El documento contiene entre otras cosas un listado de los materiales donde se indica el peso de cada material así como el consumo de energía para obtenerlo.

También se incluyen tablas para alarmas potenciales globales: potencial reducción del ozono, potencial de acidificación entre las principales.


EPD (Environmental Product Declaration)

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