(accionamiento de motor de corriente alterna). Sistema que controla el funcionamiento de motores de CA.

Los motores de inducción son un tipo común de motores asíncronos, llamados así porque las corrientes en el rotor se inducen por el campo magnético alterno del estator. Existen versiones monofásicas y polifásicas; estas últimas pueden ser de jaula de ardilla o de rotor bobinado. En estos motores, el estator contiene los devanados primarios conectados a la red, mientras que el rotor, con sus conductores en cortocircuito, genera par debido a la interacción entre las corrientes inducidas y el flujo magnético en el entrehierro.

Los motores monofásicos se clasifican en motores de conmutador, de inducción y síncronos. Dentro de los de inducción se distinguen métodos de arranque como fase partida, arranque por repulsión y polo sombreado. Generalmente se utilizan en aplicaciones de baja potencia.

Los motores síncronos operan a velocidad constante, directamente relacionada con la frecuencia de la red y el número de polos. Pueden ser excitados con corriente continua o no excitados (reluctancia o histéresis). Los motores síncronos excitados ofrecen alta eficiencia y permiten corregir el factor de potencia variando la excitación de campo. Sin embargo, desarrollan par únicamente cuando giran exactamente a velocidad síncrona; si pierden sincronismo, dejan de producir torque y se detienen.

Los motores de corriente alterna requieren un sistema de arranque capaz de ponerlos en funcionamiento bajo condiciones de carga y tensión de línea. Durante el arranque, el motor puede demandar una corriente muy elevada, frecuentemente varias veces mayor que la corriente nominal de funcionamiento. Por esta razón se utilizan diferentes tipos de arrancadores que limitan la corriente inicial y controlan el par desarrollado durante el proceso de puesta en marcha.

El arranque directo a tensión plena produce la corriente de arranque más alta. En muchos motores industriales esta corriente puede alcanzar entre seis y diez veces la corriente nominal. Aunque los motores están diseñados para soportar este esfuerzo por períodos cortos, las compañías eléctricas y las normas industriales suelen imponer límites al nivel de corriente que puede demandarse de la red al iniciar el funcionamiento.

El par de arranque de un motor de inducción es aproximadamente proporcional al cuadrado de la tensión aplicada. Por ejemplo, si la tensión se reduce al 80 % de su valor nominal, el par de arranque se reduce a aproximadamente el 64 %. Esto significa que cualquier método de arranque que reduzca la tensión también reducirá el par disponible y aumentará el tiempo requerido para que el motor alcance su velocidad nominal.

Arrancadores Directos a Línea (Across-the-Line Starters)

Fig : Esquema de un circuito de arrancador de motor directo a línea (Across-the-line) alimentado por una red trifásica de tres hilos.

Los arrancadores directos a línea son los sistemas más simples, económicos y fáciles de mantener. En este método el motor se conecta directamente a la red eléctrica mediante un contactor controlado por un circuito de mando de baja tensión. Cuando el contactor se energiza, los contactos principales se cierran y el motor recibe inmediatamente la tensión completa de la línea.

Estos sistemas suelen incluir relés térmicos de sobrecarga para proteger el motor contra corrientes excesivas y evitar daños en el equipo. Debido a su simplicidad y bajo costo, este tipo de arranque es ampliamente utilizado en motores pequeños o en instalaciones donde la corriente de arranque no provoca problemas en la red eléctrica.

Arrancadores con Autotransformador

Fig. : Esquema de un arrancador de motor conectado directamente a la línea, alimentado con 440 V CA trifásicos y controlado por un circuito de mando de 110 V CA.

Los arrancadores con autotransformador se utilizan para reducir la corriente de arranque en motores de mayor potencia. En este método el motor se conecta inicialmente a un autotransformador que suministra una tensión reducida, disminuyendo así la corriente absorbida desde la red y el esfuerzo mecánico sobre el motor.

Figura : Arrancador automático de motor mediante autotransformador con transición abierta (open-transition).

En los arrancadores con autotransformador de transición abierta, el motor se desconecta momentáneamente del autotransformador antes de conectarse directamente a la línea, produciendo una breve interrupción en el suministro durante la conmutación.

El sistema emplea contactores que permiten conmutar entre el circuito de arranque con tensión reducida y la conexión directa a la línea una vez que el motor ha acelerado lo suficiente. Estos arrancadores suelen disponer de tomas del autotransformador que proporcionan diferentes niveles de tensión, como 50 %, 65 % o 80 % de la tensión nominal.

Al reducir la tensión aplicada al motor también se reduce el par de arranque. Sin embargo, este método permite una aceleración relativamente suave y reduce la perturbación en la red eléctrica.

Los arrancadores con resistencias primarias limitan la corriente inicial mediante la inserción de resistencias en serie con el motor durante el arranque. Estas resistencias producen una caída de tensión que reduce la tensión aplicada a los terminales del motor.

A medida que el motor acelera, las resistencias se eliminan progresivamente del circuito mediante contactores o interruptores, permitiendo que el motor reciba la tensión completa de la línea. Este sistema ofrece una aceleración más suave que el arranque directo, aunque implica pérdidas de energía en forma de calor disipado en las resistencias.

Los arrancadores electrónicos utilizan dispositivos semiconductores, como SCR (rectificadores controlados de silicio), para controlar el ángulo de conducción de la tensión aplicada al motor. Mediante el control gradual de la tensión se logra una aceleración progresiva del motor, reduciendo tanto la corriente de arranque como el estrés mecánico en el sistema.

• 1. Línea de alimentación L1. (Line L1)
• 2. Línea de alimentación L2. (Line L2)
• 3. Línea de alimentación L3. (Line L3)
• 4. Transformador de control. (Control transformer)
• 5. Contacto de parada. (Stop contact)
• 6. Contacto de arranque. (Start contact)
• 7. Relé de sobrecarga. (Overload relay – OL)
• 8. Rectificador controlado de silicio SCR G1. (SCR G1)
• 9. Rectificador controlado de silicio SCR G2. (SCR G2)
• 10. Rectificador controlado de silicio SCR G3. (SCR G3)
• 11. Rectificador controlado de silicio SCR G4. (SCR G4)
• 12. Rectificador controlado de silicio SCR G5. (SCR G5)
• 13. Rectificador controlado de silicio SCR G6. (SCR G6)
• 14. Transformador de corriente T1. (Current transformer T1)
• 15. Transformador de corriente T2. (Current transformer T2)
• 16. Transformador de corriente T3. (Current transformer T3)
• 17. Circuito de referencia. (Reference circuit)
• 18. Amplificador de error. (Error amplifier)
• 19. Circuito de disparo. (Trigger circuit)
• 20. Motor trifásico. (Three-phase motor)

Estos arrancadores incluyen circuitos de control que regulan el disparo de los SCR en función de la corriente, la tensión y otras variables del sistema. Además, pueden incorporar funciones adicionales como limitación de corriente, protección contra sobrecarga y control de velocidad durante el arranque.

Gracias a su capacidad de control preciso y a la reducción del desgaste mecánico y eléctrico, los arrancadores electrónicos se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales modernas donde se requiere un arranque suave y una mayor confiabilidad del sistema.

Términos relacionados :

• 1. Arrancador de estado sólido. (Solid-state starter)
• 2. Arrancador de motor de corriente alterna. (AC motor starter)
• 3. Rectificador controlado de silicio. (Silicon Controlled Rectifier – SCR)
• 4. Control del ángulo de conducción. (Conduction angle control)
• 5. Control de tensión aplicada. (Applied voltage control)
• 6. Limitación de corriente de arranque. (Starting current limitation)
• 7. Circuito de control electrónico. (Electronic control circuit)
• 8. Señal de realimentación. (Feedback signal)
• 9. Amplificador operacional. (Operational amplifier)
• 10. Circuito de disparo de compuerta. (Gate trigger circuit)
• 11. Control progresivo de tensión. (Gradual voltage control)
• 12. Aceleración suave del motor. (Soft motor acceleration)
• 13. Protección contra sobrecorriente. (Overcurrent protection)
• 14. Sensor o límite de corriente. (Current limit sensor)
• 15. Sistema de referencia de control. (Control reference system)
• 16. Circuito comparador de error. (Error comparison circuit)
• 17. Control electrónico de potencia. (Electronic power control)
• 18. Red trifásica de alimentación. (Three-phase power supply)
• 19. Sistema de arranque suave. (Soft-start system)
• 20. Control de par durante el arranque. (Starting torque control)

Sistemas de transmisión de corriente alterna

La transmisión de energía eléctrica en corriente alterna se realiza a niveles de alta tensión, típicamente entre 138 kV y 765 kV, con el fin de reducir las pérdidas y permitir el transporte eficiente de grandes bloques de potencia a largas distancias. Las líneas de transmisión suelen operar como sistemas trifásicos, lo que permite un flujo equilibrado de energía y mayor estabilidad del sistema.

Las líneas de transmisión están formadas por conductores de aluminio reforzados con acero, suspendidos en torres mediante aisladores. El uso de altas tensiones reduce la corriente para una misma potencia transmitida, disminuyendo las pérdidas por efecto Joule. Las subestaciones transforman la tensión para adecuarla a niveles de distribución o consumo.

Existen diferentes configuraciones estructurales para soportar las líneas, entre ellas torres autosoportadas, estructuras arriostradas y torres con base en celosía de acero. La elección depende de factores como el nivel de tensión, la cantidad de conductores, la disposición de fases, la separación requerida para evitar descargas eléctricas y las condiciones ambientales. Las torres deben soportar el peso de los conductores, aisladores, cargas de viento y acumulación de hielo.

Figura : Una torre de transmisión de acero autosoportada de 500 kV.

Los cables subterráneos se emplean en áreas urbanas o donde las condiciones ambientales impiden el tendido aéreo. Sin embargo, presentan mayores costos y limitaciones térmicas. Los conductores subterráneos requieren sistemas de aislamiento robustos y métodos especiales de disipación de calor.

Las líneas de transmisión deben diseñarse considerando el espaciamiento eléctrico adecuado entre fases y respecto a tierra. A mayores tensiones, se requieren mayores distancias para prevenir descargas o arcos eléctricos. Por ejemplo, sistemas de 345 kV o 500 kV necesitan separaciones significativamente mayores que líneas de menor tensión.

En conjunto, los sistemas de transmisión de alta tensión constituyen la columna vertebral del sistema eléctrico, permitiendo interconectar centrales generadoras con centros de consumo de forma segura, eficiente y confiable.

Términos relacionados :

• 1. Torre de transmisión autosoportada de 500 kV. (500-kV steel self-supporting transmission tower)
• 2. Estructura en celosía de acero. (Steel lattice structure)
• 3. Brazos transversales. (Crossarms)
• 4. Conductores de fase. (Phase conductors)
• 5. Separación de fases. (Phase separation)
• 6. Aisladores suspendidos. (Suspension insulators)
• 7. Cadena de aisladores. (Insulator string)
• 8. Conductor trenzado de aluminio con alma de acero. (ACSR – Aluminum Conductor Steel Reinforced)
• 9. Conductor agrupado. (Bundled conductor)
• 10. Separación entre subconductores. (Subconductor spacing)
• 11. Altura total de la torre. (Overall tower height)
• 12. Base de la torre. (Tower base)
• 13. Cimentación. (Foundation)
• 14. Ángulo entre fases. (Phase angle spacing)
• 15. Separación vertical entre conductores. (Vertical conductor spacing)
• 16. Punto de anclaje del aislador. (Insulator attachment point)
• 17. Nivel de tensión nominal (500 kV). (Rated voltage level)
• 18. Línea de transmisión trifásica. (Three-phase transmission line)
• 19. Carga de viento estructural. (Wind load)
• 20. Peso combinado de conductores y aisladores. (Combined weight of conductors and insulators)

Modo de simulación de la aceleración.

El Modo de simulación de la aceleración es un método de prueba utilizado en sistemas de inspección de emisiones de vehículos para simular las condiciones de carga y aceleración del motor durante la conducción real. Este modo permite evaluar el desempeño del motor y la eficacia del sistema de emisiones en situaciones controladas.

Conceptos clave:
Simulación de aceleración realista: En el ASM, el vehículo se coloca sobre un dinamómetro que aplica una resistencia controlada para replicar la carga del motor durante la aceleración en carretera.

Condiciones de prueba específicas:
Se simulan velocidades comunes como 15 mph o 25 mph.
La carga del motor se ajusta para reflejar condiciones similares a las de una pendiente moderada.

Monitoreo de emisiones:
El sistema mide los niveles de contaminantes como monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos durante la simulación.

Usos:
Pruebas de emisiones en inspección vehicular:
Es utilizado en programas de inspección y mantenimiento (I/M) en varias regiones para garantizar que los vehículos cumplan con las normas de emisiones.

Diagnóstico del sistema de emisiones:
Identifica fallas en componentes como el convertidor catalítico, sensores de oxígeno y otros sistemas de control de emisiones.

Evaluación de rendimiento del motor:
Permite diagnosticar problemas de ajuste en el motor que afectan tanto las emisiones como la eficiencia.

Ventajas:
Precisión en la evaluación de emisiones: Replica condiciones reales de conducción en un entorno controlado.
Detección temprana de problemas: Ayuda a identificar y corregir fallas antes de que afecten significativamente el rendimiento o la seguridad del vehículo.