Utilice arrancadores progresivos para resolver los problemas de arranque y ciberseguridad del motor

Los motores asíncronos trifásicos alimentados por la línea de CA y con potencias nominales de decenas a cientos de caballos (HP) son la fuerza motriz de muchas aplicaciones comerciales e industriales. Suelen tener corrientes de accionamiento del motor que oscilan entre unos 10 amperios (A) y más de 1000 A a tensiones de línea de poco más de 200 voltios CA (V_CA) hasta 700 V_CA. El problema para los diseñadores es que, al arrancar, consumen grandes corrientes de irrupción que pueden dañar el motor y afectar a la carga.

Una unidad de control de arranque suave entre la línea de CA y el motor controla esta corriente de irrupción gestionando la aceleración y el par de torsión de arranque del motor, optimizando así el rendimiento del motor y minimizando las consecuencias no deseadas. Los arrancadores progresivos más avanzados añaden sofisticadas características para maximizar el rendimiento, proporcionar protección eléctrica y térmica, incluir un sólido conjunto de opciones de conectividad y proteger frente a ciberataques.

En este artículo se describen las funciones de un arrancador suave. A continuación, presenta y muestra cómo aplicar las unidades de control Altivar Soft Starter ATS480 de Schneider Electric.

Funciones de arranque suave

Se utiliza un arrancador suave con un motor para reducir la corriente de irrupción y controlar el par de torsión durante el arranque para un periodo transitorio. Aumenta gradualmente la tensión aplicada al motor, lo que se traduce en una aceleración suave con una sacudida mínima (la velocidad de cambio de la aceleración).

Los arrancadores suelen ofrecer una disposición que permite al usuario ajustar el par de torsión de arranque y el tiempo de aceleración para adaptarlos a diferentes aplicaciones. Pueden reducir significativamente la corriente de arranque para lograr el arranque y retener la corriente durante la aceleración.

Los arrancadores suaves más recientes ofrecen características adicionales que aumentan la eficiencia, mantienen un factor de potencia (FP) elevado mediante la corrección dinámica del FP, mejoran la seguridad eléctrica, detectan anomalías en la línea y el motor, proporcionan conectividad de red y abordan los problemas de ciberseguridad.

Un ejemplo de las capacidades y características de los arrancadores suaves de última generación es el arrancador suave Altivar serie ATS480 de Schneider Electric (Figura 1).

Figura 1: La serie ATS480 de arrancadores suaves Altivar añade muchas características avanzadas a su función básica. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Estas unidades incorporan seis tiristores y un algoritmo de control de par para controlar la aceleración, deceleración y parada de motores asíncronos trifásicos de jaula de ardilla de hasta 900 kilovatios (kW). La amplia gama de modelos de esta Serie admite tensiones de funcionamiento de 208 a 690 voltios e intensidades de 17 a 1200 A. Todas las unidades cumplen las normas, certificaciones y mandatos normativos mundiales que definen el rendimiento, la seguridad, la eficiencia, la compatibilidad electromagnética (CEM), el grado de contaminación y los golpes y vibraciones.

Las unidades ATS480 incorporan muchos tipos distintos de protecciones de línea, arrancador y carga, incluyendo:

• Fallo de fase (línea)
• Protección térmica integrada (motor)
• Protección térmica (arrancador)
• Sobrecarga de corriente (motor)
• Subcarga (motor)
• Tiempo de arranque excesivo, rotor bloqueado (motor)
• Pérdida de fase del motor (motor)
• Pérdida de fase de alimentación de línea (línea, motor)
• Protección térmica (motor) mediante conexión directa a un termistor PTC (coeficiente de temperatura positivo) o a una sonda de platino 100 (PT100) de 2 ó 3 hilos con detector de temperatura por resistencia (RTD).

Hay muchas posibilidades de conexión de circuitos para satisfacer las diversas necesidades de las aplicaciones de destino. Por ejemplo, una configuración básica está orientada al control local, en el que se desea requerir la intervención manual para reiniciar tras un reinicio por error, incluso en caso de control remoto (Figura 2). Aquí, el operador presiona el pulsador S3 para reiniciar.

Figura 2: Se muestra una de las muchas opciones de cableado para el arrancador suave; el Usuario necesita iniciar manualmente un reinicio después de un reinicio por error pulsando S3. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Las denominaciones específicas de los componentes se definen en el cuadro 1.

Tabla 1: Se muestran las designaciones de los componentes de la figura 2. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Las unidades ATS480 también disponen de contactos de relé electromecánicos discretos normalmente abiertos (NO) y normalmente cerrados (NC) con una tensión nominal de 2 A/250 V_CA y salidas digitales de colector abierto de 30 voltios. Estos contactos y salidas simplifican la implementación de funciones adicionales, como indicadores luminosos o equipos auxiliares.

Conectividad y ciberseguridad

Además de la funcionalidad avanzada de arranque suave, todas las unidades ATS480 admiten un amplio rango de/una amplia gama de opciones de conectividad. Cada unidad ATS480 tiene dos puertos RJ45 para conexiones a la configuración y actualizaciones de firmware y un terminal externo de texto plano o pantalla gráfica. Además, cada uno está equipado con una ranura para un módulo de comunicación adicional compatible con los formatos Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET o PROFIBUS DP.

Esta conectividad conlleva inevitablemente problemas de seguridad. Para hacer frente a estos problemas, la Serie incorpora "buenas prácticas" de ciberseguridad en las unidades para protegerlas de las acciones malintencionadas (piratería informática) y de las actividades bienintencionadas pero descuidadas del personal o los contratistas. Estas protecciones incorporan la gestión de cuentas, incluida la autenticación de usuarios y la autorización, y múltiples capas de protección de contraseñas. También hay restricciones deliberadas en varios puertos, funciones y fuentes.

La seguridad de alto nivel incluye defensas profundas y proactivas para gestionar los eventos relacionados con la ciberseguridad, incluidos registros detallados de actividad con sello de usuario y hora. La autenticidad del firmware instalado y de cualquier actualización se mejora mediante firmware firmado digitalmente y claves criptográficas. Esto garantiza que se utilice un firmware válido en cada ciclo de encendido.

La interfaz de máquina humana también tiene cabida

Además de una amplia conectividad, muchas instalaciones de arranque suave también necesitan prever la accesibilidad inmediata y directa del operador. Este acceso comienza con una iniciación básica de MARCHA y PARO mediante interruptores discretos, muy visibles y claramente etiquetados en el motor o la instalación o cerca de ellos. Suelen venir impuestas por normas de seguridad reglamentarias.

Para cumplir estos requisitos, las unidades ATS480 pueden cablearse con dos interruptores de marcha y paro independientes o con un único interruptor de marcha/paro (Figura 3).

Figura 3: El arrancador suave puede cablearse para utilizar dos pulsadores independientes de parada y marcha o un interruptor con doble función. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Para la configuración básica, la ejecución y la interrogación, los diseñadores pueden utilizar el terminal de pantalla de texto plano de ocho líneas VW3A1113 (Figura 4). Utilizando el conector RJ45 disponible, este terminal puede conectarse y montarse en la parte frontal del arrancador suave o montarse en la puerta de un gabinete utilizando un accesorio de montaje remoto.

Figura 4: El terminal de pantalla de texto plano VW3A1113 se conecta al arrancador suave mediante el conector RJ45 incluido y admite funciones básicas de configuración, ejecución e interrogación. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Esta unidad multilingüe (inglés, francés, español, italiano, alemán y chino, con otros idiomas disponibles mediante descarga) requiere una contraseña de acceso para garantizar la seguridad del sistema. Una vez conectado, puede utilizarse para:

• Controlar, ajustar y configurar el arrancador suave
• Visualización de los valores actuales del motor, entrada/salida y datos de la máquina
• Almacenar y descargar configuraciones
• Duplicar la configuración de un arrancador suave alimentado en otro también alimentado.

Para diagnósticos más avanzados, control, supervisión y gestión de archivos, se puede utilizar el software Device Type Manager (DTM) y SoMove de Schneider con una disposición de pantalla de terminal gráfica basada en PC.

La potencia de salida determina el embalaje y el factor de forma.

Aunque las unidades de la familia ATS480 de arrancadores suaves Altivar ofrecen las mismas funciones, capacidades, interfaces de usuario y conectividad, difieren en sus niveles de potencia de accionamiento. Esto dicta el embalaje y el factor de forma apropiados, lo que puede verse fácilmente observando los miembros de menor y mayor potencia de la serie.

El ATS480D17Y (Figura 5, izquierda) está diseñado para alimentar y controlar motores de CA trifásicos con una corriente de 17 A desde una línea de 208 a 690 V_CA y funciona con una alimentación de control de 110 a 230 V_CA. Mide 275 milímetros (mm) de alto, 160 mm de ancho, 8 mm de profundidad y pesa algo menos de 5 kilogramos (kg).

Figura 5: Las unidades más pequeña (izquierda) y más grande (derecha) de la familia ATS480 de arrancadores suaves Altivar son funcionalmente similares, pero abarcan un amplio abanico en sus especificaciones actuales de manejo y peso. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

En cambio, el ATS480M12Y (Figura 5, derecha) tiene una potencia nominal de 1200 A desde una línea de 208 a 690 V_CA y funciona con una fuente de alimentación de 110 a 230 V_CA. Aunque ofrece características y funciones casi idénticas a la unidad 17 A, es mucho más grande, con 890 mm de alto, 770 mm de ancho y 329 mm de fondo, y un peso de 115 kg.

Conclusión:

Los arrancadores suaves son un enlace esencial entre la línea de CA multifásica y los motores de CA trifásicos de tamaño medio a grande, donde gestionan la corriente de irrupción. La familia ATS480 de arrancadores suaves Altivar de Schneider Electric soporta motores desde 17 A hasta 1200 A con una amplia conectividad de red y ciberseguridad mejorada. También ofrecen diversas funciones para mejorar el rendimiento, la seguridad y la fiabilidad.