Equipos de control para motores, funcionamiento, aplicaciones y conexiones Emilio Velasquez – 18352 Pablo Dardón – 17320 Selvin Peralta – 131376 Frank Martinez - 20407 Contenido Introducción: ...................................................................................................................................................................... 2 ¿Qué es el control de motores? ................................................................................................................................... 2 Tipos de controladores .................................................................................................................................................. 2 Cómo funcionan ................................................................................................................................................................ 3 Beneficios de los Controladores: ........................................................................................................................... 3 Tipos de controladores .................................................................................................................................................. 4 Arrancadores de Motor ............................................................................................................................................. 4 Contactor ......................................................................................................................................................................... 4 Guarda Motor ................................................................................................................................................................ 4 Variador de Frecuencia ............................................................................................................................................. 5 Arrancador Suave ........................................................................................................................................................ 6 Clasificación de los controladores ............................................................................................................................. 7 Por configuración: ....................................................................................................................................................... 7 Por tipo de arrancador: ............................................................................................................................................. 7 Por tipo de interruptor:............................................................................................................................................. 7 Mantenimiento .................................................................................................................................................................. 9 Mantenimiento con el sistema energizado (Mantenimiento en caliente):........................................... 9 Mantenimiento con el sistema desenergizado (Mantenimiento en frío): ..........................................10 Conclusiones:....................................................................................................................................................................10 Preguntas: ..........................................................................................................................................................................10 Bibliografia ........................................................................................................................................................................11 Introducción: Los motores son instrumentos que existen de distintas complejidades de uso, tamaños y su consumo. Independientemente de toda la variedad de motores que existen, todos los motores requieren de un equipo de control para tener un mejor funcionamiento, más eficiente y preciso. Esto mismo, hoy en día para las industrias, se vuelve cada vez más requerido la precisión de los motores para minimizar fallos de producción, accidentes industriales y maximizar la eficiencia de consumos. ¿Qué es el control de motores? Todo tipo de control de motores se basa en analizar el andar del motor de toda maquinaria industrial. Esto consiste en su calibración para velocidad, distancia radial o tiempo de encendido, según sea el uso que se le de y los parámetros que maneje la maquinaria. Esta misma calibración ayuda a evitar accidentes. Entre estos, ayudan a que las máquinas están sincronizadas lo mejor posible para evitar errores de producción, así como fallos del motor como cortocircuitos, sobrecargas y en caso de controladores más avanzados, por ejemplo, prevenir que el motor tenga esfuerzos fuera de su rango de funcionamiento que pueden ocurrir por obstrucciones en la máquina y puedan provocar que se requiera un cambio de motor o un cambio total de máquina. Los más simples son los tradicionales interruptores de encendido y apagado que conectan al motor a una fuente de alimentación. Los más complejos son aquellos dispositivos que tienen la capacidad de controlar muchos motores al mismo tiempo, junto con una amplia variedad de sensores que le proporcionan elementos de lógica a la maquinaria con el objetivo de mejorar su rendimiento. Tipos de controladores Entre estos tenemos 4 tipos principales de controladores. Entre estos están: - Arrancadores de motor: Como su nombre indica, se encarga del encendido y apagado del motor. A diferencia de solo encender y apagar el motor manualmente, pueden llegar a tener temporizadores, recibir señales de sensores u otros tipos de estado, que activen/desactiven de forma automática al motor De estos los hay manuales y magnéticos, los manuales utilizados por medio de un interruptor para encenderlos o apagarlos además de darles una protección sin utilizar un fusible. Los magnéticos es operado electro mecánicamente el cual está compuesto por un contactor y un relé de sobrecarga, además de este puede ser controlado a control remoto; Puede ser a control de 2 o 3 hilos, estos son controles hechos por medio de sensores. - Velocidad ajustable: Estos ya son más complejos, debido a que estos pueden tener un controlador de velocidad, controlador de potencia, detección de resistencia, u otras mediciones que permitan un mejor control de la velocidad. - - Controlador inteligente: Una forma más avanzada del controlador anterior, detectan la carga y hacen coincidir el par con la carga que corresponda. Por lo mismo, pueden ayudar al control de una velocidad específica, modificar la potencia, conectar o desconectar el motor si la carga sale o entra dentro del rango de trabajo, entre otros. Esto es posible gracias a una compleja gestión inteligente del voltaje y la corriente. Servocontroladores: De manera similar a los anteriores, estos son utilizados para servomotores brindando mayor control de posición y velocidad. Cómo funcionan Los controladores o centros de control para motores industriales se clasifican en dos. Baja tensión para motores de 230V a 1000V, y alta tensión para los motores de 1000V a 15kV. Asimismo, estos se encargan de distribuir energía trifásica entre un bus vertical y un bus horizontal. El bus horizontal va desde 600A hasta 4000A, mientras que las clasificaciones del bus vertical generalmente oscilan entre 600A y 1500A. Los buses para neutro y tierra también se incluyen de forma estándar en la mayoría de los MCC. Hay que notar que estos equipos contienen alta tensión eléctrica. Por lo mismo, representan riesgos tanto para otros equipos como para el personal. Debido a lo mismo, deben tener aislamiento y dispositivos interbloqueo que ayudan a minimizar los riesgos. Los centros de control albergan compartimientos. Entre estos están el hardware instalado para iniciar y controlar un motor, equipo de protección contra sobrecargas, fusibles o interruptores automáticos para protección contra cortocircuitos y un dispositivo para desconectar la alimentación. Beneficios de los Controladores: - - - Aumento de eficiencia: Al centralizar el control y la protección, los MCC pueden ayudar a reducir el tiempo necesario para realizar tareas de mantenimiento y reparación, mejorando la eficiencia general del sistema eléctrico. Aumento de seguridad: La protección de los motores eléctricos en una sola ubicación, los centros de control de motores reducen la cantidad de paneles eléctricos y cables, lo que disminuye el riesgo de peligros eléctricos. Además, los MCC suelen incorporar diversas características de seguridad, como protección contra sobrecargas térmicas, protección contra cortocircuitos y protección contra fallas a tierra, asegurando que los motores estén protegidos contra riesgos eléctricos y sean menos propensos a causar daños a otros equipos. Mayor confiabilidad: Estos ayudan a minimizar los tiempos de improductividad por problemas eléctricos. Siendo así, permitiendo que funcionen de forma más fluida y eficiente. Tipos de controladores Arrancadores de Motor Se encarga del encendido y apagado del motor. Pueden llegar a tener temporizadores, recibir señales de sensores u otros tipos de estado, que activen/desactiven de forma automática al motor. Es de lo más común en las industrias. Contactor El contactor es un interruptor electromagnético utilizado para controlar la alimentación de un motor eléctrico. Permite encender o apagar el motor, y se utiliza comúnmente para la operación manual o automática de máquinas y equipos. Los contactores son fundamentales en aplicaciones donde es necesario controlar la potencia eléctrica que fluye hacia el motor. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones industriales y comerciales. Los contactores tienen una bobina que, cuando se energiza, cierra o abre los contactos principales para permitir o detener el flujo de corriente hacia el motor. Pueden ser controlados manualmente mediante botones o automáticamente a través de sistemas de control. Guarda Motor El guarda motor, es un dispositivo de protección utilizado para prevenir el sobrecalentamiento de un motor eléctrico debido a corrientes excesivas. Supervisa la corriente que fluye a través del motor y desconecta la alimentación del motor si detecta una corriente anormal durante un período de tiempo. Se utiliza en aplicaciones donde es crucial proteger el motor eléctrico de sobrecargas prolongadas que podrían dañarlo. Esto es común en la mayoría de los motores eléctricos para garantizar su operación segura. Los guardamotores suelen incluir ajustes para configurar la corriente de disparo y el tiempo de respuesta, lo que permite adaptar la protección a las necesidades específicas de cada motor. Diferencias; Función Principal: El guarda motor protege el motor contra sobrecalentamiento, el contactor controla la alimentación del motor y el arrancamotor proporciona corriente adicional para arrancar el motor. Aplicación: El guarda motor se utiliza para protección, el contactor para control y el arrancamotor para arranque. Operación: El guarda motor opera continuamente mientras el motor está en funcionamiento, el contactor se utiliza para encender y apagar el motor, y el arrancamotor actúa solo durante el arranque. Variador de Frecuencia Los variadores de frecuencia son una herramienta esencial en muchas operaciones industriales al proporcionar una serie de ventajas que reducen el tiempo y los recursos necesarios para realizar las operaciones, aumentar la seguridad de los equipos y los técnicos de esta, reducir los costes eléctricos y prolongar la vida útil de los motores. El variador de frecuencia también tiene la capacidad de controlar la aceleración y la desaceleración del motor durante el arranque o la parada, respectivamente. Ca r a c te rís ti c as pri nc i pa le s de un va ri a dor de fre c ue nc i a Protección contra sobreintensidades, especialmente útil en el control de motores de alta inercia. El par constante asegura una gama más amplia de control de la velocidad, lo que permite un control eficiente de la energía en toda la gama. Actúa como una barrera entre todas las perturbaciones de voltaje de entrada como armónicos, ondulaciones, caídas, sobretensiones, etc., y las obstruye para que no entren en el motor C ó m o f u n ci o n a c a da e t a p a d e l V a r i a do r d e Fr e c u e n c i a: Convertidor de entrada: Esta etapa consiste en diodos de alta potencia dispuestos en una configuración de puente regular. La red de CA que se aplica aquí se rectifica y se convierte en CC. Pero esta CC no está exenta de componentes de CA y armónicos residuales. Requiere un mayor filtrado. Bus de CC: Aquí la CC rectificada se extrae y filtra de los armónicos sobrantes y de los residuos de CA, utilizando inductores y condensadores. Esta etapa ayuda a hacer que la salida a los motores sea totalmente libre de ondulaciones e ideal para motores de CA. Inversor: Como su nombre indica, esta etapa convierte la CC del bus de CC de vuelta a la CA, pero de una manera muy especial que forma el corazón o más bien el cerebro del circuito. Consiste en sofisticados circuitos integrados de microcontroladores, diseñados y programados especialmente para cambiar la frecuencia de salida junto con el voltaje proporcionalmente y también crear una salida trifásica a partir de una entrada monofásica. Esta etapa hace que los variadores de frecuencia sean especialmente únicos e ideales para controlar las velocidades de los motores de CA. Salida: El comando de la etapa anterior (ICs de microcontrolador) se envía a la salida IGBTs (transistores bipolares de puerta aislada) que conmuta la tensión recibida del bus de CC en pasos estrechos y cortados (muy similar al principio utilizado en los Dimmer Switches). Para ello, los circuitos integrados emplean la tecnología PWM y convierten la corriente continua en ondas sinusoidales. Cuanto mayor sea el tiempo de conmutación de estas ondas, mayor será la tensión en la salida hacia el motor y viceversa. Este procedimiento es responsable de dos funciones importantes: cambiar la tensión de salida sin perder electricidad y, lo que es más importante, cambiar su frecuencia simultáneamente a una velocidad determinada para mantener constante el par motor y el flujo magnético. Entre unas subdivisiones de estos, encontramos dos formas diferentes que pueden regular la frecuencia y velocidad: Controladores de posición: Utilizan controladores PID que controlan directamente la potencia suministrada al motor Controladores PWM: Para poder controlar la velocidad sin afectar la potencia del motor, se utilizan señales PWM Stepper: Estos son motores que, por su estructura, permiten un control más preciso de posición, velocidad y potencia. Arrancador Suave El arrancador suave es un dispositivo de control de motores trifásicos que permite el arranque y paro del motor de manera suave y lenta. En lugar de operar a tensión plena directamente, como los arrancadores a tensión plena, los arrancadores suaves administran el voltaje y lo van suministrando de forma paulatina, protegiendo al motor y a su vez este optimiza tiempo y recursos al reducir los mantenimientos por desgaste. Ventajas de los arrancadores suaves: Optimización en el arranque y paro del motor Aumento de la productividad Ahorro de energía Protección de motor Aumento de vida útil del motor Protege la línea eléctrica de alimentación de los picos de corriente funcionamiento de los arrancadores, está basado en: 1. Limitar la corriente, para controlarla y determinar su óptimo funcionamiento. 2. Regular el voltaje que llega al motor, para no tener picos y evitar un desgaste rápido. 3. Al evitar un desgaste mayor, las maquinas van a durar más y no se suspendería el trabajo. 4. Como resultado, se tiene un óptimo funcionamiento de la maquinaria. Aplicaciones más comunes: 1. 2. 3. 4. 5. Bombas Molinos Bandas Transportadoras Escaleras mecánicas Centrifugadoras Clasificación de los controladores Dependiendo de la función principal a la que queramos utilizar el controlador, hay diferentes tipos de clasificaciones y en algunos de ellos, subclasificaciones. Entre estos podemos encontrar: Por configuración: - - Convencional: Esta configuración consta de una o varias secciones verticales (rango bajo de amperaje) que se montan sobre el suelo. Cada una soporta combinaciones de unidades de control, incluyendo pulsadores e interruptores. Inteligente: Este utiliza protección electrónica inteligente en lugar del dispositivo de sobrecarga térmica convencional para ajustar de manera más precisa las funciones de protección. Cada control posee dispositivos con inteligencia incorporada como lo son PLC, arrancadores suaves, interruptores automáticos, o cualquier otro que pueda proveer información a través de una red interna y ser compatible con redes de comunicaciones (profibus, profinet, ethernet, etc). Por tipo de arrancador: - - Directo en línea: Estos son los más simples, siendo conectados directamente a la línea con el motor Arrancador suave: Estos en lugar del directo que sólo abren y cierran el paso, estos aumentan gradualmente el voltaje aplicado al inicio y lo disminuye lentamente al detenerse. Variador de velocidad: Estos funcionan de manera similar al arrancador suave, pero no van a limitar el voltaje aplicado únicamente al inicio y al final, sino que lo puede hacer durante cualquier momento del funcionamiento para un control completo de velocidad y aceleración del motor. Por lo general suelen dar los diagnósticos más avanzados ya que es un arrancador inteligente Por tipo de interruptor: Técnica de fusibles: Estos son de un solo uso. Al generar suficiente calor debido a la corriente que pasa, se derrite y corta el portador de corriente desconectando así la alimentación. - Automática: Adicional a la protección de sobrecorriente, también proporciona un medio manual para conectar o desconectar el circuito. Por lo mismo, permite que el circuito se reactive rápidamente después de un corto o una sobrecarga siempre y cuando el problema se haya resuelto reiniciando el interruptor. Por arco eléctrico: Este diseño es específicamente un panel que incorpora aislamiento y tecnología suficiente para que el operador pueda abrir y manipular el - - panel de manera segura sin necesidad de desconectar la alimentación. Utilizado en conjunto normalmente con controladores manuales 1. Controladores de Velocidad: Permiten variar la velocidad de un motor mediante la modificación de la frecuencia o voltaje suministrado. Ejemplo: Variadores de frecuencia (VFD) utilizados en motores de inducción. 2. Controladores de Dirección: Permiten cambiar la dirección de rotación de un motor. Ejemplo: Los controladores H-Bridge utilizados en motores de corriente continua (DC). 3. Controladores de Torque: Regulan el torque producido por un motor variando la corriente suministrada. Ejemplo: Controladores PID utilizados en sistemas de control de torque. 4. Controladores de Posición: Permiten controlar la posición angular o lineal de un motor. Ejemplo: Controladores PID utilizados en servomotores. 5. Controladores PWM (Modulación por Ancho de Pulso): Utilizan señales de pulso moduladas para controlar la velocidad y/o el torque de un motor. Ejemplo: Controladores PWM utilizados en motores de corriente continua (DC). 6. Controladores de Paso (Stepper): Facilitan el control preciso de la posición y velocidad de motores paso a paso. Ejemplo: Controladores dedicados como el A4988 o DRV8825. 7. Servocontroladores: Proporcionan control de posición, velocidad y torque en servomotores. Ejemplo: Controladores específicos para servomotores como los de la serie Elmo Gold. 8. Controladores de Motores Brushless (sin escobillas): Se utilizan para controlar la velocidad y posición de motores brushless DC (BLDC). Ejemplo: Controladores de motor ESC (Electronic Speed Controller). 9. Controladores Lógicos Programables (PLC): Aunque no son controladores de motor específicos, los PLC pueden programarse para controlar motores en sistemas industriales. Ejemplo: PLCs de Siemens o Allen-Bradley. 10. Controladores de Motores Inteligentes: Incorporan microcontroladores y/o procesadores para ofrecer control avanzado y características adicionales como diagnósticos y comunicaciones de red. Ejemplo: Controladores de motores integrados con capacidades de IoT (Internet de las cosas). Mantenimiento El mantenimiento de estos centros de control es esencial para garantizar la confiabilidad y rendimiento de los sistemas eléctricos conectados a ellos. Existen 2 formas para su revisión y mantenimiento. Energizados o desenergizados. Cuando se hace la revisión energizada, se debe usar tecnología termográfica para analizar si se encuentran a temperaturas elevadas fuera del rango, para poder prevenir fallas graves. Ayudan a detectar conexiones flojas, sobrecargas o desequilibrios de carga y permite la revisión del equipo sin la necesidad de detener la producción a menos que sea requerida la intervención. Reduciendo costos y daños al equipo. La revisión desenergizada es un proceso mucho más detallado del estado de los equipos, pero a su vez requieren un técnico con mayor conocimiento y capacitación. Ofrece la ventaja de reparaciones o ajustes sin riesgo de contacto eléctrico directo. La desventaja es el costo del inspector, así como la necesidad de detener la producción por el tiempo que la revisión tarde. Por lo mismo, siendo una que reduce costos y la otra que reduce riesgos, lo recomendable como última instancia al detectar algún fallo es la combinación de ambas revisiones para dar con una reparación rápida, eficiente y detallada del problema. Mantenimiento con el sistema energizado (Mantenimiento en caliente): ● Descripción: Este tipo de mantenimiento se realiza mientras el sistema está en operación o energizado. Es decir, el motor y su controlador están funcionando mientras se realiza el mantenimiento. ● Ejemplo: Un ejemplo podría ser la calibración de un variador de frecuencia mientras el motor está en operación, o la medición de voltajes y corrientes en diferentes puntos del circuito para verificar su correcto funcionamiento. ● Ventajas: ● No se interrumpe la operación del sistema. ● Se pueden detectar problemas que sólo ocurren cuando el sistema está en funcionamiento. ● Desventajas: ● Mayor riesgo de accidentes eléctricos o daños al equipo. ● Requiere personal altamente capacitado y equipos de protección adecuados. Mantenimiento con el sistema desenergizado (Mantenimiento en frío): ● Descripción: Este tipo de mantenimiento se realiza con el sistema apagado o desenergizado. Todos los componentes eléctricos están apagados, lo que reduce el riesgo de accidentes eléctricos. ● Ejemplo: Un ejemplo sería realizar inspecciones visuales de los componentes, limpieza de los contactores y bornes, comprobación de las conexiones eléctricas, o el reemplazo de componentes dañados como contactores, relés o fusibles. ● Ventajas: ● Menor riesgo de accidentes eléctricos. ● Mayor facilidad para trabajar en los componentes y realizar tareas de mantenimiento preventivo. ● Desventajas: ● Requiere detener la operación del sistema, lo que puede ser costoso o problemático en ciertas aplicaciones. Conclusiones: Los controladores de motores han facilitado mucho toda la industria de manera general ayudando a reducir costos, accidentes y tener mejor control sobre las maquinas y como consecuencia, la calidad del producto Los controladores tambien ayudan a que personas que no sean expertas en motores, con un entrenamiento basico sean capaces de controlar estos motores Los mantenimientos deben ser realizados siempre con expertos en la materia Hay varios tipos de controladores, con distintas funciones cada uno. Por lo que es necesario conocer que controlador funciona mejor para cada motor y para el uso que se desea Preguntas: 1. ¿Como se clasifican los equipos de control? manuales, semi automáticos, automáticos 2. ¿Mencione 3 equipos de control para motores? Arranca motor, contactor, Guarda Motor, Variador de Frecuencia, Arrancador Suave 3. ¿Mencione los dos tipos de mantenimiento para los centros de control? Energizados o des energizados. 4. ¿Es lo mismo un Variador de Frecuencia y un Arrancador Suave? Falso 5. ¿Mencione 3 aplicaciones comunes de un Arrancador Suave? Bombas, Molinos, Bandas Transportadoras, Escaleras Mecánicas, Centrifugadoras 6. Qué ventajas tiene usar un PWM a un controlador de voltaje Control de velocidad sin afectar la potencia del motor 7. Menciona dos ventajas de usar controladores de motores vs conectar el motor a la fuente de alimentación Menor consumo de energía, mayor vida útil, ayuda a prevenir fallos o sobrecargas 8. Menciona una ventaja del mantenimiento en frio y una ventaja del mantenimiento en caliente Ventaja del mantenimiento frio, no presentan carga o cambios de temperatura Ventaja del mantenimiento caliente, permite una revisión que no requiera de detener el equipo, minimizando las perdidas económicas 9. ¿Como funciona un fusible? El fusible, cuando existe un corto circuito o una sobrecarga, al punto donde la corriente supere el límite máximo, se va a calentar hasta que se derrite, cortando el suministro de energia 10. Menciona 2 de los 3 tipos de arrancadores Directos en línea, Arrancador Suave, Variador de Frecuencia. Bibliografia ● Control de motores: ¿Qué es, sus beneficios y funciones? (2023) SDI. Available at: https://sdindustrial.com.mx/blog/control-de-motores-que-es/ Redacción (2023) Centro de control de Motores Eléctricos: Tipos, beneficios y ejemplos, Tecnología para la Industria. Available at: https://tecnologiaparalaindustria.com/explorando-loscentros-de-control-de-motores-electricos-tipos-aplicaciones-y-ejemplos/ (Accessed: 29 September 2023). ● ● ● ● ● ● ● ● Franklin, G. F., Powell, J. D., & Emami-Naeini, A. (2014). Feedback Control of Dynamic Systems. Pearson. Dorf, R. C., & Bishop, R. H. (2016). Modern Control Systems. Pearson. https://youtu.be/D1--YPNjV0Y?si=m1VgSVdhiVi0rUwz https://youtu.be/V4K4Zlupxfc?si=KInjWTxqlcfD0SPD https://youtu.be/HF6mQ7aDvDE?si=YUDWe_Z4sPjfEkT3 https://youtu.be/c0WUhL8nJ_M?si=AQV7-g8wQX8StfnJ https://youtu.be/HEBKji9_SJQ?si=gBgSpeZf2gQlHuFM https://www.cursosaula21.com/que-es-variador-de-frecuencia/
