Principios Esenciales de Contactores, Transformadores y Control de Velocidad en Motores Asíncronos

1. La Espira de Sombra en Contactores: Función y Mecanismo

¿Para qué sirve, en qué consiste su funcionamiento y cuál es la función de la espira de sombra de un contactor?

La armadura de los mecanismos electromagnéticos está constantemente sometida a la acción de fuerzas antagonistas, ya sea de un muelle o del peso de un sistema móvil. Este hecho es un inconveniente, pues provoca la vibración de la armadura del electroimán, deformando los polos y generando ruidos intensos. Esta problemática se soluciona mediante la colocación de las espiras de sombra.

Función de la Espira de Sombra

Las espiras de sombra son espiras cortocircuitadas que se colocan sobre los polos del electroimán. Su función principal es:

• Crear un flujo magnético desfasado (aproximadamente 120 grados) con respecto al flujo principal.
• Mantener la armadura atraída por el núcleo de manera constante.
• Evitar ruidos y vibraciones indeseadas.

Mecanismo de Funcionamiento

El flujo creado por la bobina del electroimán se divide en dos partes:

1. Flujo en la zona abrazada: El flujo 1 pasa por la espira cortocircuitada e induce una fuerza electromotriz (FEM) que produce una corriente, creando su propio flujo. De esta forma, el flujo total que atraviesa la parte del polo abrazada por la espira es igual al Flujo 1 menos el flujo creado.
2. Flujo en la zona no abrazada: El flujo de la parte del polo no abrazado será el Flujo 2 más el flujo creado.

2. Utilidad y Realización del Enclavamiento en Contactores

¿Cuál es la utilidad del enclavamiento de un contactor y cómo se realiza?

Utilidad del Enclavamiento (Auto-retención)

El enclavamiento, también conocido como auto-retención o realimentación, es esencial en circuitos de control. Permite que el contactor siga conectado y energizado, incluso después de que el pulsador que lo activó inicialmente haya sido liberado o desconectado. Si el enclavamiento no existiera, la alimentación se cortaría inmediatamente al soltar el pulsador.

Realización del Enclavamiento

El enclavamiento se consigue mediante el uso de los contactos auxiliares del contactor. El proceso se realiza de la siguiente manera:

• Se utiliza un contacto normalmente abierto (NA) del propio contactor.
• Este contacto NA se conecta en paralelo con el pulsador de conexión.
• Al pulsar el botón, se energiza la bobina del contactor.
• Al energizarse, el contacto auxiliar NA se cierra, creando un camino alternativo para la corriente que mantiene la bobina energizada, funcionando como un interruptor de auto-retención.

3. Principio de Funcionamiento del Transformador en Corriente Alterna

¿En qué principio se basa el funcionamiento del transformador y por qué solo opera correctamente en corriente alterna?

Principio Básico: Inducción Electromagnética

El transformador es un elemento eléctrico que basa su funcionamiento en el fenómeno de la inducción electromagnética, específicamente en la Ley de Faraday.

Cuando se aplica una fuerza electromotriz (FEM) alterna en el devanado primario, la variación constante de la intensidad y el sentido de la corriente alterna produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo variable, a su vez, origina por inducción electromagnética la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario.

Dependencia de la Corriente Alterna (CA)

El transformador requiere obligatoriamente corriente alterna porque la inducción de tensión en el secundario solo ocurre si el flujo magnético es variable. Si se aplicara corriente continua (CC), el flujo magnético sería constante (una vez alcanzado el estado estacionario), y no se induciría ninguna FEM en el devanado secundario.

La tensión en el devanado secundario dependerá directamente de la relación entre el número de espiras de los devanados y de la tensión aplicada en el devanado primario.

4. Métodos de Regulación de Velocidad del Motor Asíncrono Jaula de Ardilla

Explicar en qué consisten los métodos de regulación de velocidad del motor asíncrono con rotor en jaula de ardilla.

Los motores asíncronos de jaula de ardilla son robustos, pero su velocidad síncrona está fijada por la frecuencia de la red y el número de polos. Existen varios métodos para regular su velocidad:

1. Regulación por Cambio de Frecuencia

   Este método, generalmente implementado mediante variadores de frecuencia (VFD), permite obtener un amplio control de velocidades. La ventaja principal es que se mantiene el máximo par disponible en todas las frecuencias, ofreciendo un elevado rendimiento y eficiencia.

2. Regulación por Cambio del Número de Polos

   Esta regulación se logra de dos maneras:

   • Si el motor posee dos arrollamientos de estator con diferente número de polos, se pueden obtener dos velocidades de sincronismo distintas.
   • Utilizando un solo arrollamiento con conexiones especiales (como la conexión Dahlander), se pueden obtener 2 o 3 números de polos mediante una reconexión.

   Este método proporciona una regulación escalonada y solo permite obtener velocidades menores que la de sincronismo.

3. Regulación por Cambio del Resbalamiento (S)

   Aunque el resbalamiento S varía naturalmente con la carga, esta variación por sí misma no constituye un método práctico de control de velocidad. Sin embargo, es posible modificar la característica par/velocidad del motor de diversas maneras (por ejemplo, inyectando tensión en el rotor en motores de rotor bobinado), de modo que para cada par de carga se requiera un valor de resbalamiento distinto. Este método es menos común en motores de jaula de ardilla puros.

4. Regulación de Velocidad por Impulsos

   Este método se aplica principalmente en motores de pequeña potencia. Consiste en provocar variaciones periódicas y cortas de los parámetros de alimentación. La velocidad requerida se obtiene como una velocidad promedio de las aceleraciones y desaceleraciones generadas por estos impulsos.