Controladores de motor

Los tipos, requisitos y diagnósticos y reparaciones se encuentran entre los aspectos de los controladores de motor que aborda esta descripción general.

El Código Eléctrico Nacional (NEC), que tiene jurisdicción sobre los temas en los que se ha promulgado como ley, especifica que cualquier motor eléctrico debe tener un controlador. Un controlador de motor puede realizar una multitud de funciones. Un propósito principal es proporcionar un medio para desconectar el motor de the source de poder. Esto puede suceder de forma automática o manual según las instrucciones del operador. Puede tener lugar en caso de temperatura excesiva del motor, flujo de corriente en los conductores de alimentación, atascos o mal funcionamiento de la carga, o por cualquier motivo que se especifique. En una instalación de ascensor, por ejemplo, el motor no funcionará cuando un sensor de puerta indique que la puerta de una cabina está abierta.

Además de arrancar y detener el motor, las funciones del controlador incluyen elegir la rotación hacia adelante o hacia atrás, controlar la velocidad y el par y proteger contra sobrecargas y fallas. Esa es solo una lista parcial. La complejidad y la cantidad de funcionalidad que exhibe un controlador de motor pueden rivalizar con la de una computadora personal. Un ejemplo es el controlador lógico programable (PLC) y otro es el controlador de movimiento del ascensor. No existe una línea divisoria firme y rápida entre ninguno de estos y un controlador de motor.

Independientemente del nivel de sofisticación, todo este equipo, en los EE. UU. Y otras áreas donde tiene jurisdicción, debe cumplir con el NEC. Dado que ese es un buen punto de partida para diseñar una instalación de motor, este artículo analizará los requisitos principales.

Los circuitos de control de motores se tratan en la Parte VI del "Artículo 430 del NEC: Motores, circuitos de motor y controladores". La Parte VII cubre los controladores de motor. Un subtema importante en la sección sobre circuitos de control de motores es la protección contra sobrecorriente. Es importante que la ampacidad se calcule correctamente al especificar los conductores que suministran energía a un controlador de motor. Por supuesto, la cantidad de corriente consumida por el controlador es menor que la cantidad de corriente consumida por el motor, pero si los conductores tienen un tamaño insuficiente, puede haber peligro de incendio. Y, si el controlador falla debido a una fuente de alimentación diseñada incorrectamente, el motor experimentará una interrupción. Los resultados pueden variar desde inconvenientes y pérdida de productividad hasta un peligro profundo, como en el caso de un motor de bomba contra incendios que no funciona como se esperaba. Por esta razón, una excepción en el NEC establece que para los circuitos de control para los cuales sus aberturas crearían un peligro, los conductores solo requieren protección contra cortocircuitos y fallas a tierra, y se permite que estén protegidos por el circuito derivado del motor, cortocircuito -Dispositivos de protección de circuito y falla a tierra. Esto es asumiendo el escenario habitual, que es que la fuente de alimentación del controlador del motor se toma del lado de carga del dispositivo de protección del circuito derivado del motor.

Protección contra la sobretensión

La protección contra sobrecorriente para motores es algo más compleja que para otros tipos de cargas, debido a que existe una corriente de arranque tan alta. Todas las cargas son así, pero los motores lo son aún más. Es necesario superar la inercia del reposo y acelerar el rotor antes de que se estabilice el flujo de corriente hacia el rotor y / o el estator. Esta es una tarea mucho mayor que llevar una bombilla incandescente a su máximo brillo. En consecuencia, existe un grave dilema de protección contra sobrecorriente. Si se proporciona protección de sobrecorriente convencional, como para cargas que no son de motor, unos segundos después del arranque inicial (antes de que el motor alcance la velocidad nominal), el disyuntor se disparará.

Para resolver esta difícil situación, se ha desarrollado un esquema de protección contra sobrecorriente de dos niveles, permitido solo para motores. Se permite que el dispositivo de sobrecorriente en el extremo aguas arriba del circuito derivado, ya sea en el panel de entrada o en el extremo aguas abajo de un alimentador en una caja de distribución, esté a un nivel mucho más alto (menos sensible) que el que se usaría para otros tipos. de cargas. Este disyuntor o fusible está diseñado para proteger los conductores del circuito derivado solo en caso de cortocircuito o falla a tierra. Entonces, ¿qué sucede si hay una falla de nivel inferior (es decir, sobrecarga en el motor)? En este caso, la protección la proporciona un dispositivo de sobrecorriente de nivel más bajo (más sensible) que generalmente se encuentra cerca del motor. Es de acción lenta, por lo que el motor puede arrancar sin que se dispare el circuito. Este dispositivo de sobrecarga se incorpora con frecuencia al controlador del motor y se ubica dentro de ese gabinete. Ninguno de estos dos dispositivos de sobrecorriente por sí solo proporcionaría una buena protección para un motor, pero son bastante adecuados en combinación. En un entorno industrial, es una buena práctica instalar los conductores del circuito derivado del motor en un conducto metálico para una protección adicional contra el riesgo de incendio y descarga.

Para determinar la clasificación máxima del dispositivo de protección contra sobrecorriente asociado con un circuito de control de motor, la Tabla 430.72 (B) en el NEC 2014 establece los valores en amperios. Los tamaños de los conductores del circuito de control 18-10 AWG están correlacionados con las clasificaciones máximas de los dispositivos de sobrecorriente en amperios. Existe una categoría adicional en la que el tamaño del conductor es superior a 10 AWG. Se especifican tres condiciones en columnas separadas:

1. Columna A: Se proporciona protección separada.
2. Columna B: Los conductores del controlador del motor están dentro de un gabinete donde la protección es proporcionada por el dispositivo de protección del circuito derivado del motor.
3. Columna C: Los conductores del controlador del motor se extienden más allá del gabinete donde la protección la proporciona el dispositivo de protección del circuito derivado del motor.

Cada condición se subdivide en columnas que cubren los conductores de cobre y aluminio (o revestidos de cobre). Tenga en cuenta que no se proporciona ninguna cifra para los conductores de aluminio de 18, 16 y 14 AWG, porque solo se permite el cobre para los controladores de motor en estos tamaños.

Al diseñar los conductores de la fuente de alimentación y la protección contra sobrecorriente para un circuito de control de motor, se debe seguir cuidadosamente la tabla citada anteriormente y las notas adjuntas para garantizar que la instalación cumpla con los requisitos. Si se utiliza un transformador de circuito de control de motor, el transformador debe protegerse de acuerdo con las siguientes pautas:

• Cuando el transformador alimenta un circuito de potencia limitada de clase 1, un circuito de clase 2 o un circuito de control remoto de clase 3, la protección debe cumplir con el artículo 725, que es un tratamiento general de estos tipos de circuitos de control remoto y señalización, independientemente de de si están asociados con motores.
• Se permite (a diferencia de lo requerido) que se proporcione protección de acuerdo con el Artículo 450.3, que se refiere a transformadores en varios voltajes y ubicaciones.
• Los transformadores de circuito de control con una clasificación de menos de 50 VA que son una parte integral del gabinete del controlador del motor pueden estar protegidos por dispositivos de sobrecorriente primarios, medios de limitación de impedancia u otros medios de protección inherentes.
• Cuando la corriente primaria nominal del transformador del circuito de control es inferior a 2 A y el dispositivo de sobrecorriente está clasificado o configurado en no más del 500% de la corriente primaria nominal, la protección contra sobrecorriente en el circuito primario es suficiente.                 

Si un conductor del circuito de control del motor está conectado a tierra, el circuito de control del motor se debe arreglar de manera que una falla a tierra en el circuito de control remoto del controlador del motor no arranque el motor, ni desvíe los dispositivos de apagado operados manualmente o automáticos. Dispositivos de apagado de seguridad.

Tipos de controladores necesarios

Cuando cubre los controladores de motor reales, NEC 2014 comienza con una declaración general sin excepciones, que requiere controladores adecuados para todos los motores. Dado que casi todas las cargas (con pocas excepciones, como el motor que impulsa un medidor de servicios públicos) tienen protección contra sobrecorriente, el dispositivo de protección contra sobrecorriente, si tiene la forma de un interruptor de circuito de tiempo inverso, será suficiente en ciertas circunstancias limitadas. Otro tipo de controlador de motor es el simple enchufe y receptáculo o conector de cable asociado con motores conectados por cable.

Para determinar si la instalación está en conformidad, es necesario observar los caballos de fuerza y ​​la ubicación del motor. Para un motor estacionario de 1/8 hp o menos que normalmente se deja en funcionamiento, como un reloj de pared con alimentación de CA que no puede dañarse por sobrecarga o falla en el arranque, se permite que los medios de desconexión del circuito derivado sirvan como el controlador. A menudo se trata de un simple disyuntor o fusible. También se permite que un interruptor de caja moldeada funcione como controlador de motor en este caso. Este tipo de interruptor tiene la apariencia de un disyuntor, está montado en una caja de distribución y recibe su energía de la barra colectora, pero, a diferencia de un disyuntor, no tiene capacidad de protección contra sobrecorriente.

El siguiente paso, por así decirlo, es el motor portátil de 1/3 hp o menos. Un ejemplo es la lijadora o el taladro de un carpintero. Un enchufe y receptáculo adjunto o un conector de cable es adecuado para el controlador del motor. Esta disposición funciona bien, porque el enchufe suele estar a la vista, al alcance de la mano y capaz de apagar rápidamente el motor. Es fácil comprobar visualmente que el motor está desconectado de the source de potencia y no se iniciará accidentalmente.

Una sección sobre el diseño del controlador establece que el controlador debe poder arrancar y detener el motor que controla y que debe poder interrumpir la corriente de rotor bloqueado del motor. En otras palabras, el controlador de motor debe configurarse para el motor que está destinado a controlar.

Puede parecer obvio, pero para que conste, el 2014 NEC establece que los controladores, además de los interruptores automáticos de tiempo inverso y los interruptores de caja moldeada, deben tener valores nominales de potencia a la tensión de aplicación no inferior a la potencia nominal del motor.

Se permite un disyuntor de circuito derivado de tiempo inverso clasificado en amperios como controlador para todos los motores. Sin embargo, esto no significa que un solo interruptor, que actúa como dispositivo de sobrecorriente de circuito derivado, pueda calificar como controlador de motor. Lo que se quiere decir es que, correctamente configurado y ubicado, este tipo de interruptor puede servir como controlador del motor. También debe cumplir, cuando sea necesario, con los requisitos de protección contra sobrecargas. De manera similar, se permite que un interruptor de caja moldeada con la clasificación adecuada en amperios sirva como controlador para cualquier motor.

Para motores estacionarios de 2 hp o menos y 300 V o menos, el controlador de motor puede ser:

• Un interruptor de uso general que tenga una clasificación de amperios no menor al doble de la clasificación de corriente de carga completa del motor.
• En circuitos de CA, un interruptor a presión de uso general adecuado solo para uso en CA (no un interruptor a presión de CA / CC de uso general) donde la clasificación de corriente de carga completa del motor no es más del 80% de la clasificación de amperios del interruptor

Para los motores de torsión, el controlador debe tener una clasificación de corriente de carga completa y servicio continuo no menor que la clasificación de corriente de la placa de identificación del motor.

Requisitos de los controladores

Puede parecer extraño para quienes están acostumbrados a cablear interruptores y dispositivos de sobrecorriente en configuraciones de dos polos, pero no se requiere que el controlador abra todos los conductores (sin conexión a tierra) del motor. Esto se debe a que la función principal del controlador de motor es arrancar y detener un motor, pero no necesariamente servir como medio de desconexión.

Además, se indica que cada motor debe estar provisto de un controlador individual. Sin embargo, hay excepciones para esta regla. Para motores de 1,000 V o menos, un solo controlador puede servir para una instalación grupal donde:

• Numerosos motores accionan varias partes de una sola máquina o aparato, como una máquina para trabajar la madera.
• Un grupo de motores está protegido por un solo dispositivo de sobrecorriente.
• Un grupo de motores está ubicado en una sola habitación a la vista del controlador.

Diagnóstico y Reparación

El equipo de control de motores puede variar desde un solo interruptor o conexión de cable y enchufe hasta un PLC complejo, controlador de movimiento de ascensor o maquinaria aeroespacial secuencial computarizada. Para realizar diagnósticos o reparaciones, es muy difícil examinar los circuitos con la esperanza de encontrar uno o más componentes visualmente defectuosos en todos los equipos excepto en los más simples. Lo que se necesita es documentación, generalmente proporcionada por el fabricante. Esto puede consistir en una descripción general del equipo, una lista de especificaciones y una guía de resolución de problemas, además de varios tipos de diagramas de cableado.

Los diagramas de bloques representan los componentes funcionales del equipo. Son excelentes puertas de enlace para adquirir una comprensión general de la unidad y determinar dónde comenzar una operación de reparación. A menudo es posible aislar la falla en una sola área pensando en la naturaleza del mal funcionamiento y mirando el diagrama de bloques.

Por lo general, la documentación del fabricante incluye un diagrama pictórico. Serán fotografías o dibujos que representen y etiqueten el equipo tal como aparece visualmente. Los diagramas ilustrados generalmente no muestran las conexiones eléctricas del componente, pero son útiles junto con los esquemas para localizar las piezas potencialmente defectuosas que se deben probar. Además, si hay algún problema para volver a armar la unidad después de una reparación, la imagen puede servir de guía.

Otro tipo de diagrama es el esquemático. Muestra parte o todo el equipo. Representa los componentes no como aparecen en la placa de circuito impreso o en el chasis, sino en el contexto de las relaciones eléctricas. El esquema se dibuja de acuerdo con varias convenciones que son más o menos universales. La fuente de alimentación entra por la izquierda y las salidas están por la derecha. Las entradas de señal están en la parte superior o izquierda del diagrama, y ​​el bus o terminal de tierra está en la parte inferior. Todo esto es independiente de la ubicación física real de los componentes como se muestra en los diagramas pictóricos. Para el técnico, el esquema es la parte más importante de la documentación. En los circuitos de control de motores, la fuente de alimentación y sus conexiones al motor y al relé de control a menudo se omiten en aras de la simplicidad.

Otro tipo de diagrama muy relevante para los equipos de control de motores es el diagrama de escalera, llamado así porque se parece a una escalera típica. A la izquierda y a la derecha (a veces arriba y abajo) hay dos rieles. Para un circuito de 240 V, el riel izquierdo es "L1" y el riel derecho es "L2". Para un circuito de 120 V, el riel izquierdo es "Línea" y el riel derecho es "Tierra". Conectando los rieles hay uno o más peldaños. Cada peldaño representa un elemento del circuito de control. En un control de motor basado en relés electromecánicos, todos los peldaños funcionan simultáneamente. En un PLC, se escanean continuamente de forma secuencial, a una velocidad muy rápida (milisegundos). De cualquier manera, los principios subyacentes son los mismos.

Por convención, los dispositivos de entrada y salida se muestran en los escalones. Los dispositivos de entrada están a la izquierda y los dispositivos de salida están a la derecha, sin importar su ubicación real en el equipo. Los componentes dentro de cada peldaño están en serie. Los peldaños están conectados en paralelo. Es posible que la salida de un renglón sea la entrada de otro. Donde hay un dispositivo de entrada en un renglón dado, debe haber al menos un dispositivo de salida. De lo contrario, cuando el dispositivo de entrada se volviera conductor, habría un cortocircuito. Los dispositivos de sobrecarga, si los hay, aparecen a la derecha de los dispositivos de salida. Generalmente, no habría ningún dispositivo de salida solo en un peldaño, a menos que fuera una luz de encendido, siempre encendida cuando el equipo está encendido. Además, generalmente no hay dispositivos en los rieles, con la excepción de un interruptor de alimentación principal o un desconectador y fusible para protección contra sobrecorriente. Muchos tipos de dispositivos de entrada son esencialmente interruptores de encendido / apagado. Los temporizadores, interruptores de límite, sensores de temperatura (que no sean termopares) y termostatos entran en esta categoría.

El diagrama de escalera más genérico se muestra en la Figura 1. El dispositivo de entrada es un simple interruptor unipolar de un solo tiro. El dispositivo de salida, con fines ilustrativos, es una luz de potencia de bajo amperaje de voltaje apropiado. En este ejemplo, el circuito de control se alimenta con 120 V derivados de un servicio monofásico.

La figura 2 muestra una configuración muy común. Una estación de arranque / parada, que puede estar remota desde el controlador, permite al operador arrancar o parar un motor. El botón de parada normalmente está cerrado y el botón de inicio está normalmente abierto, lo que significa que ese es el estado de cada dispositivo cuando no se actúa sobre él. Cuando se presiona el botón de parada, la corriente al relé del motor se interrumpe y el motor se detiene. Al mismo tiempo, los contactos de retención se abren y permanecen abiertos hasta que se vuelve a presionar el botón de inicio. Por esta razón, el motor permanece parado incluso cuando se suelta el botón de parada. Para simplificar, se acostumbra mostrar el circuito de control yendo al motor sin el relé del motor o la potencia (que puede ser trifásica) conectada al relé y alimentando el motor.

La Figura 3 muestra otra configuración común con un circuito de control de 24 V que termina en un motor. Aquí, nuevamente, el relé y la fuente de alimentación principal conectados al relé (y, por lo tanto, al motor) no se muestran.

Conclusión

En este artículo se han analizado algunos controladores de motores relativamente elementales. Los principios básicos son los mismos, pero el tamaño y la complejidad de este equipo aumentan considerablemente a medida que se requieren más funciones. Los controladores de movimiento de ascensores, los PLC y los variadores de frecuencia (ELEVATOR WORLD, febrero de 2014), a menudo combinados, requieren una gran cantidad de conocimientos y experiencia para diseñarlos, instalarlos y realizar el mantenimiento cuando algo sale mal. Los esquemas a veces tienen la extensión de un libro y se necesita un tipo especial de mente para comprender los detalles.

Otras veces, hay una solución sencilla. Cuando el equipo no funciona, primero verifique las conexiones de energía, luego el cableado de control y los sensores. Para un controlador de movimiento de ascensor, mire la lectura alfanumérica. Si hay un código de error aparentemente críptico (como “E-8”), consulte la documentación del fabricante para averiguar qué está sucediendo. Mire los sensores: un problema muy común se encuentra dentro de un sensor de puerta. Debido a que hay piezas móviles pesadas, junto con componentes electrónicos sensibles, este dispositivo de seguridad vital puede fallar. Verifique la potencia de entrada, el estado del relé y la potencia en el motor. Verifique la calidad de la energía en el motor con un osciloscopio. Un multímetro en la función "Voltios CA" revelará una ondulación no deseada en el bus de CC de un VFD.

No trabaje "por encima de su cabeza", más allá de su conocimiento. Se sabe que los cables reconectados inadvertidamente a los terminales incorrectos en un controlador de movimiento de ascensor anulan el enclavamiento de la puerta, lo que resulta en la muerte.