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• Michelle Luna

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PARTE 3 MARCHA ATRÁS Y MARCHA A IMPULSOS DEL MOTOR 1

8.9 Inversión de giro de motores de inducción de CA

Ciertas aplicaciones requieren un motor para operar en cualquier dirección. Intercambiar dos cables cualesquiera a un motor de inducción trifásico hará que funcione en la dirección inversa. El estándar de la industria es intercambiar la fase A (línea 1) y la fase C (línea 3), mientras que la fase B (línea 2) permanece igual. Los arrancadores reversibles se utilizan para realizar automáticamente esta inversión de fase.

En la Figura 8-26 se muestra el circuito de potencia de un arrancador de motor magnético reversible trifásico de voltaje completo. Este arrancador está construido con dos contactores de 3 polos con un solo conjunto de relé de sobrecarga. El contactor de la izquierda generalmente se designa como contactor de avance y el contactor de la derecha generalmente se designa como contactor de retroceso.

Figura 8-26 Arrancador de motor magnético reversible de motor trifásico de voltaje completo.

Figura 8-26 Arrancador de motor magnético reversible de motor trifásico de voltaje completo.

El circuito de potencia de los dos contactores está interconectado mediante barras colectoras o cables de puente. Los contactos de potencia del contactor de avance (F), cuando están cerrados, conectan L1, L2 y L3 a los terminales del motor T1, T2 y T3, respectivamente. Los contactos de potencia del contactor de reversa (R), cuando están cerrados, conectan L1 al terminal T3 del motor y conectan L3 al terminal T1 del motor, haciendo que el motor funcione en la dirección opuesta. Ya sea que opere a través del contactor de avance o retroceso, las conexiones de energía se ejecutan a través del mismo conjunto de relés de sobrecarga. Solo se requiere un conjunto de relé de sobrecarga, ya que los devanados del motor deben protegerse para el mismo nivel de corriente independientemente del sentido de

rotación.

Cuando se invierte el motor, es vital que no se energicen ambos contactores al mismo tiempo. La activación de ambos contactores provocaría un cortocircuito, ya que dos de los conductores de línea están invertidos en un contactor. Se utilizan enclavamientos tanto mecánicos como eléctricos para evitar que los contactores de avance y retroceso se activen al mismo tiempo. El enclavamiento mecánico normalmente se instala de fábrica y utiliza un sistema de palancas para evitar que ambos contactores se activen al mismo tiempo. La línea discontinua, como se ilustra en la Figura 8-27, indica que las bobinas F y R no pueden cerrar los contactos simultáneamente debido a la acción de enclavamiento

mecánico del dispositivo.

Figura 8-27 Enclavamiento mecánico de contactores de avance y retroceso. Por ejemplo, la activación de la bobina del contactor de avance mueve una palanca de tal manera que bloquea físicamente el movimiento del contactor de retroceso. Incluso si la bobina del contactor de reversa se energiza, los contactos no se cerrarán porque el enclavamiento mecánico bloquea físicamente el contactor inverso. La bobina del contactor de avance debe desactivarse antes de que el contactor de retroceso pueda operar. El mismo escenario se aplica si el contactor de reversa está energizado. Se sabe que los enclavamientos mecánicos fallan y, por esta razón, se utilizan enclavamientos eléctricos adicionales para mayor protección.

La mayoría de los arrancadores reversibles utilizan contactos auxiliares operados por las bobinas de avance y retroceso para proporcionar enclavamiento eléctrico. Cuando se energiza la bobina, la estructura del contactor se mueve y activa los contactos auxiliares montados en el contactor. Los contactos auxiliares están conectados al circuito de control del motor y el estado de los contactos (normalmente abiertos o cerrados) está asociado con la bobina del contactor. El circuito de control de la Figura 8-28 ilustra cómo funciona el enclavamiento de contactos auxiliares.

Figura 8-28 Arrancador magnético reversible con enclavamiento eléctrico en el arrancador de motor.

Figura 8-28 Arrancador magnético reversible con enclavamiento eléctrico en el arrancador de motor.

Se puede resumir de la siguiente manera:

• El contacto normalmente cerrado controlado por la bobina de avance está conectado en serie con la bobina de reversa. • El contacto normalmente cerrado controlado por la bobina de reversa está conectado en serie con la bobina de avance. • Cuando se energiza la bobina de avance, el contacto normalmente cerrado en serie con la bobina de reversa se abre para evitar que se energice la bobina de reversa. • Cuando se activa la bobina de reversa, el contacto normalmente cerrado en serie con la bobina de avance se abre para evitar que se active la bobina de avance. • Para invertir el motor con este circuito de control, el operador debe presionar el botón de parada para desenergizar la bobina respectiva, volviendo a cerrar el contacto normalmente cerrado respectivo.

• Los arrancadores reversibles suelen estar cableados de fábrica para el enclavamiento eléctrico. • El enclavamiento mecánico y eléctrico del arrancador ofrece suficiente protección para la mayoría de los circuitos de control de motores de inversión.

El enclavamiento de botón pulsador eléctrico utiliza contactos de interruptores normalmente cerrados y normalmente abiertos en el botón de avance y reversa. El circuito de control de la Figura 8-29 ilustra cómo funciona el enclavamiento de botones pulsadores.

La figura anterior se puede resumir de la siguiente manera: • El enclavamiento se logra conectando el contacto normalmente cerrado del botón de reversa en serie con el contacto normalmente abierto del botón de avance. • El contacto normalmente cerrado del botón pulsador de reversa actúa como otro pulsador de parada en el circuito de avance. • El contacto normalmente abierto en el botón de reversa se utiliza como botón de inicio para el circuito de reversa. • Cuando se presiona el botón de reversa, su contacto normalmente cerrado abre el circuito a la bobina de avance y, al mismo tiempo, su contacto normalmente cerrado completa el circuito a la bobina de reversa.

• Cuando se presiona el botón de avance, su contacto normalmente cerrado abre el circuito a la bobina de reversa y, al mismo tiempo, su contacto normalmente cerrado completa el circuito a la bobina de avance.

• El motor invierte la dirección inmediatamente sin que se presione el botón de parada. Tenga cuidado al invertir motores grandes, ya que la sacudida repentina de la inversión puede dañar el equipo que está conduciendo el motor. Las

corrientes de irrupción altas pueden causar daños tanto al motor como al controlador si se invierte el motor sin dejar suficiente tiempo para que disminuya la velocidad del motor. • El enclavamiento de botón pulsador debe usarse junto con el enclavamiento

eléctrico auxiliar y mecánico y está destinado a complementar estos métodos, no a reemplazarlos.

Los interruptores de límite pueden usarse para limitar el recorrido de puertas, transportadores, montacargas, mesas de trabajo de máquinas herramienta y dispositivos similares operados eléctricamente.

El circuito de control de la Figura 8-30 ilustra cómo se pueden incorporar interruptores de límite en un circuito de arranque inverso para limitar el recorrido.

Figura 8-30 Interruptores de límite incorporados en un circuito de arranque inverso para limitar el recorrido.

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera: • Al presionar el botón de avance, se energiza la bobina F. • El contacto de memoria auxiliar F se cierra para sellar y mantener la bobina F.

• El contacto de enclavamiento auxiliar F se abre para aislar el circuito de inversión. • Los contactos de potencia F se cierran y el motor funciona en la dirección de avance. • Si se acciona el botón de parada o el interruptor de límite de avance, el circuito

de retención de la bobina F se abre, desactivando la bobina y devolviendo todos los contactos F a su estado normal de desactivación. • Al presionar el botón de reversa se energiza la bobina R. • El contacto de memoria auxiliar R se cierra para sellar y mantener la bobina R. • El contacto de interbloqueo auxiliar R se abre para aislar el circuito de avance. • Los contactos de potencia R se cierran y el motor funciona en sentido inverso.

• Si se acciona el botón de parada o el interruptor de límite inverso, el circuito de retención de la bobina R se abre, desenergizando la bobina y devolviendo todos los contactos R a su estado normal desenergizado.

• La ubicación de los interruptores de límite en el circuito permite detener la dirección de desplazamiento si el motor está accionando un dispositivo que tiene límites para su desplazamiento. La dirección opuesta no se ve afectada por la apertura de un límite de recorrido. Tan pronto como el motor se invierte y el

actuador ya no mantiene abierto el interruptor de límite, volverá a su posición normalmente cerrada.

La Figura 8-31 ilustra cómo un motor de arranque por condensador monofásico está cableado para operar en las direcciones de avance y retroceso usando un arrancador de inversión.

Figura 8-31 Inversión de giro de un motor monofásico.

La dirección de rotación se cambia intercambiando los cables del devanado de arranque, mientras que los del devanado de trabajo siguen siendo los mismos. A diferencia del motor trifásico, se debe permitir que el motor de arranque por condensador monofásico disminuya su velocidad antes de cualquier intento de invertir la dirección de rotación. El interruptor centrífugo en el circuito de devanado de arranque se abre aproximadamente al 75 por ciento de la velocidad del motor y se debe permitir que se vuelva a cerrar antes de que el motor dé marcha atrás. Ciertas operaciones de la máquina herramienta requieren una acción repetida de avance y retroceso en su operación. La Figura 8-32 ilustra un proceso de máquina recíproca que usa dos interruptores de límite para proporcionar control automático del

motor. Cada interruptor de límite (LS1 y LS2) tiene dos juegos de contactos, uno normalmente abierto y el otro normalmente cerrado.

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera: • Los botones pulsadores de arranque y parada se utilizan para iniciar y finalizar el

control automático del motor mediante interruptores de límite. • El contacto CR1 se utiliza para mantener el circuito al relé de control durante la operación de funcionamiento del circuito. • El contacto CR2 se utiliza para conectar y desconectar el circuito de línea al

circuito de control de avance y retroceso. • El uso del relé de control y sus botones de arranque y parada también proporciona protección contra bajo voltaje, es decir, el motor se detendrá cuando haya una falla en el voltaje de suministro y el motor no se reiniciará automáticamente cuando se restablezca el voltaje de suministro.

• El contacto normalmente cerrado del interruptor de límite LS2 actúa como parada para el controlador de avance, y el contacto normalmente abierto del interruptor de límite LS1 actúa como contacto de inicio para el controlador de avance. El contacto auxiliar del arrancador de avance está conectado en paralelo con el contacto

normalmente abierto del interruptor de límite LS1 para mantener el circuito durante el funcionamiento del motor en la dirección de avance. • El contacto normalmente cerrado del interruptor de límite LS1 está cableado como contacto de parada para el arrancador inverso, y el contacto normalmente abierto del

interruptor de límite LS2 está cableado como contacto de arranque para el arrancador inverso. El contacto auxiliar del arrancador inverso está cableado en paralelo con los contactos normalmente abiertos del interruptor de límite LS2 para mantener el circuito mientras el motor está funcionando en marcha atrás. • El enclavamiento eléctrico se logra mediante la adición de un contacto normalmente cerrado en serie con cada arrancador y operado por el arrancador para la dirección opuesta de rotación del motor.

• La inversión de la dirección de rotación del motor se realiza mediante la acción de los

interruptores de límite. Cuando el interruptor de límite LS1 se mueve de su posición normal, el contacto normalmente abierto se cierra energizando la bobina F y el contacto normalmente cerrado se abre y desconecta la bobina R. La acción inversa se realiza mediante el interruptor de límite LS2 y, por lo tanto, se proporciona inversión

en cualquier dirección. • Los botones de avance y retroceso proporcionan un medio para arrancar el motor en avance o retroceso para que los interruptores de límite puedan asumir el control automático.

8.10 Inversión de giro de motores de CC La inversión de giro de un motor de CC se puede lograr en dos caminos: • Invertir la dirección de la corriente del inducido y dejar la corriente de campo igual. • Invertir la dirección de la corriente de campo y dejar la corriente del inducido igual. La mayoría de los motores de CC se invierten cambiando la dirección del flujo de

corriente a través del inducido. La acción de conmutación generalmente tiene lugar en la armadura porque la armadura tiene una inductancia mucho menor que el campo. La menor inductancia provoca menos arcos eléctricos en los contactos de conmutación cuando el motor invierte su dirección. La Figura 8-33 muestra el circuito de potencia para la inversión de motor de CC mediante control electromecánico y electrónico. Para la operación electromecánica, el contactor directo hace que la corriente fluya a través del inducido en una dirección y el

contactor inverso hace que la corriente fluya a través del inducido en la dirección opuesta. Para el control electrónico de estado sólido, se proporcionan dos juegos de SCR. Un conjunto se utiliza para el flujo de corriente en una dirección a través del inducido y el segundo conjunto se utiliza para el flujo de corriente en la dirección opuesta.

Figura 8-33 Circuitos de potencia de inversión del motor de CC.

8.11 Marcha a impulsos (Jogging) Jogging (a veces llamado inching) es la operación momentánea de un motor con el propósito de realizar pequeños movimientos de la máquina accionada. Se trata de una operación en la que el motor funciona cuando se presiona el botón pulsador y se detiene cuando se suelta el pulsador. El jogging se utiliza para el arranque y parada frecuentes de un motor durante cortos períodos de tiempo. El circuito jog de botón pulsador que se muestra en la Figura 8-34 utiliza un

circuito

de

control

de

arranque/parada estándar con un botón pulsador jog de contacto doble: un contacto normalmente cerrado y un contacto normalmente abierto.

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

•

Al presionar el botón de arranque se energiza la bobina de arranque M, lo que hace que los contactos principales M se cierren para arrancar el motor y que el contacto auxiliar M se cierre para mantener el circuito de la bobina M.

•

Con la bobina M desenergizada y luego presionado el botón jog, se completa un circuito para la bobina M alrededor del contacto de mantenimiento auxiliar M.

•

Los contactos principales M se cierran para arrancar el motor, pero el circuito de mantenimiento está incompleto porque el contacto jog normalmente cerrado está abierto.

•

Como resultado, la bobina de arranque M no se sellará; en cambio, puede permanecer energizado solo mientras el botón de avance lento esté completamente presionado.

•

Al soltar rápidamente el botón pulsador jog, si sus contactos normalmente cerrados se vuelven a cerrar antes de que se abra el contacto de mantenimiento del motor de arranque M, el motor continuará funcionando. En determinadas aplicaciones, esto podría resultar peligroso para los trabajadores y la maquinaria.

La Figura 4-4 muestra un botón pulsador de apertura y cierre que se utiliza en un circuito de control de motor de arranque-parada manual.

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera: •

Al presionar el botón de arranque se completa un circuito para la bobina M, lo que hace que el motor arranque y el contacto M se mantiene en el circuito de la bobina M.

•

Con la bobina M desenergizada y luego presionado el botón jog, se completa un circuito

para la bobina M alrededor del contacto M. El contacto M se cierra, pero el circuito de retención está incompleto, ya que el contacto N.C. del botón jog está abierto.

El circuito de activación del relé de control que se muestra en la Figura 8-35 es mucho más seguro que el circuito anterior. Se utiliza un pulsador jog de un solo contacto; además, el circuito incorpora un relé de control jog (CR).

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

•

Al presionar el botón de arranque se completa un circuito para la bobina CR, cerrando los contactos CR1 y CR2.

•

El contacto CR1 completa el circuito de la bobina M, arrancando el motor.

•

El contacto de mantenimiento M se cierra; esto mantiene el circuito de la bobina M.

•

Al presionar el botón de avance lento se energiza la bobina M solamente, arrancando el motor. Ambos contactos CR permanecen abiertos y la bobina CR está desenergizada. La bobina M no permanecerá energizada cuando se suelte el botón pulsador de jog.

La figura 8-36 muestra el uso de un interruptor selector en el circuito de control para

obtener el jogging. El botón de inicio también funciona como un botón de avance lento.

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera: •

Cuando el interruptor selector se coloca en la posición de funcionamiento, el circuito de mantenimiento no se interrumpe. Si se presiona el botón de inicio, el circuito de la bobina M se completa y se mantiene.

•

Al girar el interruptor selector a la posición jog se abre el circuito de mantenimiento. Al presionar el botón de inicio se completa el circuito de la bobina M, pero el circuito de mantenimiento está abierto. Cuando se suelta el botón de inicio, la bobina M se desenergiza.

Cuestionario 8.3 1. ¿Cómo se puede invertir el sentido de rotación de un motor de inducción trifásico? 2. ¿De qué componentes se compone un arrancador de motor de inversión de giro electromagnética? 3. ¿Qué ocurriría si ambos contactores en un arrancador de motor inversor se energizaran al mismo tiempo? 4. Explique el funcionamiento del enclavamiento mecánico en un arrancador de

motor magnético reversible. 5. Explique cómo proporcionar enclavamiento eléctrico mediante contactos auxiliares. 6. ¿Qué tipos de botones pulsadores de avance y retroceso se utilizan para el enclavamiento de pulsadores? 7. ¿Cómo se logra la inversión de un motor de arranque con condensador monofásico utilizando un arrancador de motor magnético?

8. ¿Por qué la mayoría de los motores de CC se invierten cambiando la dirección del flujo de corriente a través del inducido en lugar del campo?

9. ¿Para qué se utiliza un control de jog?