Arrancadores suaves: control de ángulo de fase sobre cargas resistivas

Cargas resistivas y arrancadores suaves: control

Para el control, gran cantidad de aplicaciones de carga resistiva utilizan contactores de estado sólido o, en algunos casos, contactores estándar con el tamaño necesario.

La desventaja de los contactores estándar es el desgaste del propio contactor en cada ciclo de servicio. Los componentes electromecánicos tienen un ciclo de vida finito, en comparación con los dispositivos de estado sólido, que duran mucho más, debido a que no utilizan, o apenas lo hacen, partes mecánicas.

Informe técnico: Uso del controlador inteligente de motores de estado sólido SMC-50 para el manejo de cargas resistivas

Para que un proceso se mantenga a cierta temperatura, es necesario algún tipo de control que active y desactive los contactores. Este control podría proporcionarlo un controlador programable (PLC), un controlador de temperatura de bucle único o algún dispositivo con características intermedias.

Los rectificadores controlados por silicio (SCR) estándares utilizan normalmente un tipo de control conocido como cruce por cero, que consiste, básicamente, en su activación o desactivación cuando la onda sinusoidal cruza por el valor cero.

La función de activación/desactivación podría fijarse en cada ciclo o bien, a veces, mediante una función de cruce por cero con base de tiempo. Este tipo de funciones disparan el SCR durante un tiempo “x” determinado y, a continuación, lo desactivan durante otro tiempo “y”. Más tarde, repiten todo el ciclo, tal y como se muestra en la siguiente figura.

La función con base de tiempo dispara los SCR durante un tiempo x y, a continuación, los desactiva durante un tiempo y. Más tarde, repite el ciclo [HAGA CLIC PARA AUMENTAR EL TAMAÑO]

No obstante, para mantener la temperatura en aplicaciones con calefactores resistivos, este tipo de control tendría adaptarse convenientemente.

Se trata del mejor método de control cuando la diferencia entre altas y bajas temperaturas es pequeña. Por ejemplo, las cargas resistivas de materiales como las aleaciones de aluminio, de hierro-cromo y de níquel-cromo cambian poco su resistencia a medida que cambia la temperatura. La ventaja de la funcionalidad de cruce cero en estos casos es que:

  • Minimiza la corriente de carga cuando se activa el SCR
  • Reduce el ruido generado sobre la línea de alimentación y el que se libera al aire
  • Resulta ideal para elementos con resistencia constante

Otra opción para controlar las cargas resistivas es el disparo por cambio de ángulo de fase. Este método ofrece un control preciso del voltaje cuando es necesario, por lo que proporciona una salida consistente.

En el control de cargas resistivas, este método puede activar el contactor con un comando y desactivarlo cuando el voltaje cruza el valor cero, tal y como se muestra en la figura siguiente.

En el control de cargas resistivas, este método puede activar el contactor con un comando y desactivarlo cuando el voltaje cruza el valor cero [HAGA CLIC PARA AUMENTAR EL TAMAÑO]

Entre las ventajas del control de ángulo de fase se incluyen:

  • Ofrece el tiempo de respuesta más rápido y preciso para el control de la histéresis de la temperatura
  • Se trata de un método muy versátil para iniciar la resistividad
  • Ofrece el control del disparo del SCR en cada medio ciclo de la onda sinusoidal
  • Es la mejor opción cuando las características de la aplicación requieren altas corrientes de entrada
  • Puede aportar cargas para compensar los cambios en la resistencia por envejecimiento

Dada la gran variedad de posibles cargas resistivas, el método de control más extendido es el control del ángulo de fase.

Las cargas resistivas más adecuadas para el control de ángulo de fase son:

  • Resistores calefactores en un autoclave
  • Elementos calefactores que suben la temperatura de una cuba de líquido
  • Aplicaciones con gran diferencia entre altas y bajas temperaturas
  • Elementos como el tungsteno, el cuarzo de molibdeno u otros que muestran un aumento de resistencia cuando aumenta la temperatura.

¿Y qué tiene esto que ver con los arrancadores suaves?

Los arrancadores suaves con categoría de uso AC-53A de IEC pueden utilizar el control de ángulo de fase sobre cargas resistivas para controlar de forma efectiva los calefactores, tal y como harían al arrancar un motor.

En lugar de arrancar el motor, si el algoritmo lo permite, estos arrancadores podrían mantener el voltaje de salida a cierto nivel entre el 1 y el 100% del voltaje total.

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Bill Bernhardt
Publicado 4 Octubre 2017 Por Bill Bernhardt, Senior Commercial Engineer, Rockwell Automation
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