Control Avanzado de Motores CC: Arranque Secuencial, Inversión de Giro y Tipología de Transformadores

Componentes del Circuito

• F1, F2: Fusibles. Su función es proteger los circuitos (F1 para el devanado de excitación, F2 para el devanado de inducido) de cortocircuitos y sobreintensidades elevadas.
• KM1: Contactor principal. Permite el paso o corte de la corriente según se requiera para alimentar el circuito de excitación del motor.
• KM2, KM3: Contactores de inversión de giro. Controlan el sentido de rotación del motor (KM2 para giro a derechas, KM3 para giro a izquierdas).
• K4, K5, K6: Contactores de arranque. Sus contactos principales cortocircuitan progresivamente las resistencias de arranque del motor.
• F3, F4: Relés térmicos. Protegen contra sobreintensidades (específicamente, sobrecargas) al motor (F3 para el circuito de excitación y F4 para el circuito de inducido).
• M: Motor de C.C. de excitación independiente. Dispositivo que transforma energía eléctrica en energía mecánica.
• R1, R2, R3: Resistencias de arranque. Limitan la corriente que circula por el devanado de inducido del motor durante el proceso de arranque.
• S1: Pulsador de paro general (normalmente cerrado). Permite desconectar todo el circuito de mando en caso de que surja algún problema o para detener la operación.
• S2: Pulsador de marcha general (normalmente abierto). Elemento accionador que pone en marcha el circuito de excitación (a través de KM1) y prepara el sistema para el arranque del motor.
• S3: Pulsador de paro (normalmente cerrado). Permite detener el motor antes de una inversión de sentido de giro o para detener el giro en curso.
• S4: Pulsador de marcha (normalmente abierto, giro a derechas). Inicia el giro del motor en un sentido al activar KM2.
• S6: Pulsador de marcha (normalmente abierto, giro a izquierdas). Inicia el giro del motor en el sentido opuesto al activar KM3.
• H1, H2: Bombillas de señalización. Indican el disparo por sobrecarga de los relés térmicos F3 y F4, respectivamente.
• KT7, KT8, KT9: Relés temporizadores. Controlan los tiempos para la secuencia de cortocircuitado de las resistencias de arranque.

Descripción del Funcionamiento

Circuito de Fuerza

En el circuito de fuerza se realiza la conexión de un motor de C.C. de excitación independiente. Este circuito se divide en dos partes principales:

• Circuito de Excitación (Inductor): Se conecta el devanado de excitación del motor. Este circuito cuenta con elementos de protección como el fusible F1 y el relé térmico F3. El contactor KM1 permite el paso o corte de la corriente hacia este devanado.
• Circuito de Inducido (Rotor): Se conecta el devanado de inducido del motor de C.C. Análogamente al circuito de excitación, dispone del fusible F2 y el relé térmico F4 para proteger esta parte del motor de posibles contratiempos.

Además, el circuito de fuerza incluye:

• Contactores de Inversión de Giro (KM2 y KM3): Estos dos contactores permiten el movimiento del motor en diferentes sentidos: KM2 para el giro a derechas y KM3 para el giro a izquierdas, mediante la inversión de la polaridad en el devanado de inducido o de excitación.
• Resistencias de Arranque (R1, R2, R3): Tres resistencias conectadas en serie con el devanado de inducido, cuya labor es limitar la intensidad de corriente durante el arranque del motor.
• Contactos Principales de K4, K5, K6: Los contactos principales de los contactores K4, K5 y K6 irán progresivamente cortocircuitando (y por tanto, eliminando del circuito serie del inducido) dichas resistencias. Cada contacto se conecta en paralelo con su respectiva resistencia para este fin.

Circuito de Mando

El circuito de mando controla la lógica de operación del sistema:

1. En la entrada del circuito de mando se encuentran los contactos auxiliares normalmente cerrados (NC) de los relés térmicos F3 y F4. Si alguno de estos relés se activa (salta) debido a una sobrecarga, su contacto NC se abrirá, desenergizando el circuito de mando. Simultáneamente, sus contactos auxiliares normalmente abiertos (NA) se cerrarán, activando las bombillas de señalización H1 y H2 para indicar la falla.
2. A continuación, se encuentra el pulsador de paro general S1 (NC), que permite desconectar todo el circuito de mando manualmente.
3. Luego, está el pulsador de marcha general S2 (NA). Al pulsarlo, se energiza la bobina del contactor KM1, el cual se autoalimenta a través de un contacto auxiliar propio (auto-retención). La activación de KM1 cierra sus contactos principales en el circuito de fuerza, energizando el devanado de excitación (inductor) del motor.
4. Una vez que el circuito de excitación está activo (KM1 energizado), se encuentra un pulsador de paro S3 (NC) en serie con la alimentación de los contactores de giro. Este pulsador debe ser accionado si se desea detener el motor antes de realizar una inversión de sentido de giro o para detener el giro en curso.
5. Posteriormente, se encuentra la lógica para la activación de los sentidos de giro:
   • El contactor KM2 (giro a derechas) se activa pulsando S4 (pulsador de marcha derecha, NA). Esto solo es posible si KM3 no está activo, gracias a un enclavamiento eléctrico (un contacto NC de KM3 en serie con la bobina de KM2).
   • El contactor KM3 (giro a izquierdas) se activa pulsando S6 (pulsador de marcha izquierda, NA). Esto solo es posible si KM2 no está activo, debido a un enclavamiento eléctrico similar (un contacto NC de KM2 en serie con la bobina de KM3).
6. La activación de la bobina de KM2 o KM3 (es decir, cuando se da la orden de giro del motor en cualquier sentido) también energiza el relé temporizador KT7.
7. Secuencia de arranque temporizado:
   • Una vez activado cualquier sentido de giro y transcurrido el tiempo programado en KT7, un contacto auxiliar de KT7 cierra, energizando la bobina del contactor K4. Al activarse K4, su contacto principal en el circuito de fuerza cortocircuita la primera resistencia de arranque R1. La activación de K4 también energiza la bobina del temporizador KT8.
   • Con K4 activo y una vez transcurrido el tiempo programado en KT8, un contacto auxiliar de KT8 cierra, energizando la bobina del contactor K5. Al activarse K5, su contacto principal cortocircuita la segunda resistencia de arranque R2. La activación de K5 también energiza la bobina del temporizador KT9.
   • Finalmente, con K5 activo y una vez transcurrido el tiempo programado en KT9, un contacto auxiliar de KT9 cierra, energizando la bobina del contactor K6. Al activarse K6, su contacto principal cortocircuita la última resistencia de arranque R3, finalizando así el proceso de arranque progresivo del motor, quedando este alimentado directamente.

Transformadores Eléctricos

Los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que permiten aumentar o disminuir la tensión en un circuito de corriente alterna, manteniendo la frecuencia y, con un alto rendimiento, la potencia. Se clasifican según diversos criterios:

Clasificación de Transformadores

Según el sistema de corrientes

Considerando el número de fases de las corrientes utilizadas en la conexión de los devanados, se clasifican en:

• Monofásicos
• Bifásicos
• Trifásicos
• Trifásicos-Hexafásicos, etc.

Según el sentido de variación de la tensión

Pueden ser:

• Elevadores: La tensión inducida en el devanado secundario (U_s) es superior a la tensión aplicada al devanado primario (U_p).
• Reductores: La tensión en el arrollamiento secundario (U_s) es inferior a la del primario (U_p).

Es importante destacar que un mismo transformador puede funcionar como elevador o reductor, dependiendo de cómo se conecte a la red eléctrica (es decir, cuál devanado se utilice como primario y cuál como secundario).

Según el ambiente de operación

Se distinguen:

• Transformador para interior: Diseñado para operar en ambientes protegidos de las inclemencias del tiempo.
• Transformador tipo intemperie: Construido para soportar condiciones ambientales exteriores (lluvia, polvo, variaciones de temperatura, etc.).

Según el aspecto constructivo del núcleo

Se clasifican en:

• Acorazados: El paquete de chapas magnéticas que constituye el núcleo rodea los devanados, envolviéndolos generalmente casi por completo. Esto proporciona una mejor protección mecánica a los devanados y un camino magnético más eficiente con menores pérdidas por dispersión de flujo.
• De columnas (o tipo núcleo): El circuito magnético está compuesto por dos o más columnas (piernas) verticales sobre las cuales se montan los devanados primario y secundario. Los devanados rodean las columnas del núcleo.

Tipos Comunes de Averías Eléctricas

Una avería eléctrica se define como un daño, rotura o fallo en un componente o circuito que impide o perjudica el funcionamiento normal y seguro de una máquina o instalación eléctrica.

Cortocircuito

Un cortocircuito ocurre cuando se produce una conexión accidental de muy baja impedancia (resistencia casi nula) entre dos puntos de un circuito eléctrico que tienen diferente potencial (por ejemplo, fase y neutro, dos fases distintas en C.A., o positivo y negativo en C.C.). Esta unión directa provoca un aumento brusco y muy elevado de la intensidad de corriente, muy superior a la nominal, que puede causar daños severos por efectos térmicos y electrodinámicos.

Protección contra cortocircuitos: Se utilizan dispositivos de interrupción rápida como:

• Fusibles: Elementos calibrados que contienen un hilo o lámina conductora que se funde por efecto Joule, interrumpiendo el circuito cuando la corriente supera un valor determinado durante un tiempo específico.
• Interruptores magnetotérmicos (también conocidos como interruptores automáticos o disyuntores): Dispositivos que combinan una protección magnética (un electroimán que actúa instantáneamente ante corrientes de cortocircuito) y una protección térmica (para sobrecargas).

Sobreintensidad (o Sobrecarga)

Una sobreintensidad puede ser un cortocircuito o una sobrecarga. Específicamente, una sobrecarga se produce cuando por un conductor o dispositivo circula una intensidad de corriente superior a su valor nominal (para la cual ha sido diseñado) durante un período de tiempo prolongado. A diferencia del cortocircuito, el aumento de corriente en una sobrecarga no es tan drástico ni instantáneo, pero si se mantiene, puede causar sobrecalentamiento progresivo, degradación del aislamiento de los conductores y equipos, y eventualmente, defectos en el funcionamiento de la máquina o daños permanentes e incluso incendios.

Protección contra sobrecargas: Se emplean principalmente dispositivos con característica de disparo de tiempo inverso (tardan más en actuar cuanto menor es la sobrecarga):

• Relés térmicos: Dispositivos que detectan el aumento de temperatura causado por la sobrecorriente (generalmente a través de láminas bimetálicas que se deforman con el calor) y, tras un tiempo que depende de la magnitud de la sobrecarga, actúan sobre contactos auxiliares para desconectar el circuito de mando del motor o activar una alarma.
• La parte térmica (bimetal) de los interruptores magnetotérmicos también protege contra sobrecargas.