¿Cómo funciona un arranque directo DOL (Direct On Line)?
Un arranque directo aplica tensión, corriente y par nominal inmediatamente se ha dado el comando de arranque a el motor. Normalmente, la energía es removida inmediatamente una vez la señal de paro ha sida dada al motor. Los únicos dos estados de este arranque son encendido y apagado (ON-OFF). Adicionalmente se pueden agregar opciones de protección contra sobrecarga que brindan mediciones de retroalimentación del arranque, tal y como se muestra en la figura 1.
Figura 1. Estructura general que compone un arranque directo; protección contra corto-circuito, contactor y relé de sobrecarga.
En la figura 2 se muestra las curvas características de par velocidad de un motor NEMA diseño B ó IEC clase N. Mediante este método de arranque se logra una solución simple, par máximo aplicado, un mayor desgaste mecánico debido a que la corriente de arranque puede alcanzar hasta 6 veces la corriente nominal del motor.
Figura 2. Curva representativa de par y velocidad en un motor NEMA diseño B ó IEC clase N.
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¿Cómo funciona un arrancador suave?
Un algoritmo controla tres pares de SCRs (rectificadores controlados de silicio) que son usados para arrancar y detener el motor, como se muestra en la figura 3. La orientación tipo bypass de los SCRs permite la tensión AC sea controlada cambiando el ángulo de disparo o corte de la señal cada medio ciclo. La tensión es aumentada para alcanzar la tensión plena en forma de rampa ó la tensión es limitada para proveer arranques con corriente limitada.
Figura 3: Configuración básica de un arranque suave por medio de SCRs.
Figura 2: Diferentes ángulos de corte (simplificación señal monofásica)
Un arrancador suave usa tensión para controlar corriente y par. El par al motor es proporcionalmente al cuadrado de la tensión aplicada. Dada esta relación, una reducción del 60% de la tensión aplicada resulta en una reducción del 84% del par aplicado.
La figura 4 muestra 3 métodos de arranque; arranque directo, estrella-delta y arranque suave, se puede observar la reducción del par de arranque en comparación a la tensión aplicada en el arrancador suave. Además, un arranque estrella-delta con contactores es logrado ajustando la el límite de corriente en 350% en un arrancador suave.
Figura 4. Comparativa de tensión aplicada, par de arranque y Corriente en un arranque directo, arranque estrella delta y arranque suave con la función limitador de corriente.
Adicionalmente los arrancadores suaves cuentan con contactores de bypass integrados. Los modelos SMC-3, SMC-Flex y SMC-50 de Allen Bradley cuentan con este mecanismo incorporado, los cuales permite ahorrar espacio y evitar contactores externos y reducir la disipación térmica del arranque suave. También los arrancadores suaves SMC-50 están disponibles en la opción de estado sólido permanente (sin contactores de bypass) que se adapta mejor a condiciones ambientales abrasivas y aplicaciones con alta vibración.
Figura 5. Estructura que compone un arranque suave con contactores de bypass. Los contactores de bypass son clasificados AC-1 ya que nunca transportan la corriente de arranque.
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¿Cómo funciona un variador de frecuencia?
Un variador de frecuencia toma la tensión de línea AC, la convierte a tensión DC mediante la etapa de conversión ó rectificación que se lleva a cabo generalmente mediante un puente de diodos, también es posible utilizar elementos activos como IGBTs (Transistores bipolares de compuerta aislada) en el cual se logra una menor emisión de contenido armónico a la red. Lo habitual en la industria son variadores de 6 pulsos (6 elementos pasivos en la etapa de conversión), en el caso de la figura 6 diodos.
Luego de la etapa de rectificación algunos modelos incluyen una reactancia en el bus DC ó DC link choke, esta impedancia permite reducir el contenido armónico que el variador pueda generar. Además ayuda a mitigar los efectos negativos de perturbaciones en la tensión y SAGs. Seguidamente se encuentra el bus DC en donde se suaviza la señal DC mediante un banco de capacitores y es utilizada por los IGBTs para tratar de reconstruir la señal AC de entrada debido a su rápida capacidad de conmutación generando una señal PMW donde se modula el ancho de pulso de la señal para variar la frecuencia y tensión hacia el motor.
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- Principio de funcionamiento variadores de frecuencia
- Variadores Powerflex 4M
- Variadores Powerflex 525
- Variadores Powerflex 753
- Variadores Powerflex 755
- Variadores Powerflex 755T
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Ing. David Vindas Navarro.| Especialista de producto Elvatron S.A. | Control inteligente de motores.
Bibliografía
[1] Rockwell Automation (s.f). When to use a Soft Starter or an AC Variable Frequency Drive, disponible en; https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/150-wp007_-en-p.pdf
