Resolución de problemas de relés potenciales

A medida que el rotor de un motor eléctrico gira muy cerca de los devanados del motor, se genera un voltaje de tronzado o fuerza contraelectromotriz (EMF). La fuerza contraelectromotriz (BEMF) generada en el devanado de arranque es mayor que la que se genera en el devanado de marcha. Este fenómeno ocurre porque el devanado de arranque generalmente tiene un cable más largo, un cable de menor diámetro o más vueltas de cable, por lo que tiene una mayor reactancia inductiva que el devanado de funcionamiento. Debido a esto, los relés de potencial a veces se denominan relés de voltaje, ya que dependen del BEMF o del voltaje que genera el motor para su funcionamiento.

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Si el relé de potencial no funciona correctamente, el motor del compresor corre el riesgo de no arrancar, calarse, bloquear el rotor o incluso quemarse. Muchos devanados del motor se han abierto o debilitado debido al mal funcionamiento de los relés de potencial. Debido a esto, es de suma importancia que los técnicos de servicio comprendan no solo cómo funciona este relé de arranque, sino también cómo solucionar los problemas de los componentes que componen el relé potencial.

La función de un relé de potencial es simplemente ayudar a arrancar el motor eléctrico. Los relés de potencial se encuentran comúnmente en muchos motores monofásicos más pequeños de arranque por capacitor y funcionamiento por capacitor en la industria HVACR.

El relé de potencial consta de una bobina de muy alta resistencia y un conjunto de contactos normalmente cerrados, ambos encerrados en una pequeña carcasa de plástico. Un condensador de funcionamiento y arranque también puede acompañar al relé de potencial (consulte la Figura 1, en la parte superior de la página). Estos tres componentes a menudo se denominan kit de inicio duro. La bobina del relé está conectada entre los contactos 2 y 5, mientras que los contactos normalmente cerrados están conectados entre los contactos 1 y 2 (ver Figura 2). Otras designaciones de terminales en el relé suelen ser para conectar cables y actuar como tuercas para cables. A menudo se utilizan para la alimentación de entrada, los ventiladores o las conexiones de cables de condensadores y se denominan terminales inactivos o convenientes.

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FIGURA 2:La bobina del relé está conectada entre los contactos 2 y 5, mientras que los contactos normalmente cerrados están conectados entre los contactos 1 y 2. (Cortesía de John Tomcyzk)

Una vez que se entrega potencia al motor monofásico, tanto el devanado de marcha como el de arranque estarán en el circuito en serie con el devanado de arranque. Esto sucede porque los contactos entre los terminales 1 y 2 del relé de potencial normalmente están cerrados. El rotor del motor ahora comenzará a girar o girar. En la Figura 3, observe que los condensadores de marcha y arranque están cableados en paralelo entre sí, pero ambos están en serie con el devanado de arranque. La capacitancia de los capacitores conectados en paralelo le dará al motor más par de arranque porque los capacitores están en serie con el devanado de arranque.

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FIGURA 3: Los condensadores de marcha y arranque están cableados en paralelo entre sí, pero ambos están en serie con el devanado de arranque. (Cortesía de John Tomcyzk)

A medida que el rotor del motor gira cada vez más rápido, tratando de alcanzar su velocidad sincrónica, se crea un efecto de generación de voltaje debido a que el rotor es una gran masa de metal que gira muy cerca de los devanados del motor. Debido a que el devanado de arranque está enrollado con un cable más largo y delgado, se generará más voltaje o BEMF a través de él que a través del devanado de funcionamiento.

BEMF se puede medir con un voltímetro en el devanado de arranque mientras el motor está funcionando. BEMF suele ser más alto que el voltaje de línea y puede alcanzar hasta 500 voltios o más, según el diseño y la velocidad del motor. La polaridad de BEMF se opone a la polaridad del voltaje de línea, por lo que no se sumarán sus magnitudes. Todos los motores generan diferentes valores BEMF, por lo que los relés potenciales deben dimensionarse y elegirse individualmente para cada compresor.

Debido a que la bobina del relé de potencial está conectada en paralelo al devanado de arranque, este mismo voltaje (BEMF) ocurrirá a través de la bobina del relé. Se generará un circuito eléctrico con voltaje y corriente en el devanado de arranque y la bobina del relé, lo que hará que la bobina del relé se energice y abra los contactos entre los contactos 1 y 2. Esta acción ocurre porque la bobina del relé está envuelta alrededor de un núcleo de hierro que magnetizar una vez que la bobina está energizada. Esta apertura de contactos hace que el capacitor de arranque sea sacado del circuito. El motor continuará funcionando como un motor de capacitancia dividida permanente (PSC) con solo un capacitor de funcionamiento en serie con el devanado de arranque. Una vez que se abre el control de operación y se le quita energía al motor, la velocidad del motor disminuirá gradualmente junto con el BEMF generado. La bobina del relé se desactivará y los contactos entre los terminales 1 y 2 volverán a su posición normalmente cerrada cuando el motor se detenga.

Un simple ohmímetro es todo lo que se necesita para solucionar un posible relé. Después de quitar todos los cables de conexión del relé, mida la resistencia entre los terminales 1 y 2. La resistencia debe leer cerca de cero, ya que normalmente son contactos cerrados. Si el lector lee infinito, los contactos están abiertos y el relé debe desecharse y reemplazarse. Los contactos abiertos evitarán que el capacitor de arranque esté en el circuito. Esto puede bloquear el rotor y causar amperios de rotor bloqueado (LRA) bajo ciertas condiciones, abriendo así el dispositivo de protección del compresor. Los ciclos cortos en los dispositivos de protección del compresor pueden sobrecalentarse y abrir un devanado a tiempo.

Los contactos del relé también pueden estar atascados o arqueados en la posición cerrada. En este caso, el capacitor de arranque nunca se sacaría del circuito, y un sonido retumbante con consumos de alto amperaje abriría los dispositivos de protección del motor. Si los contactos están atascados en la posición cerrada, el relé deberá revisarse en el modo de funcionamiento, ya que los contactos entre 1 y 2 normalmente están cerrados cuando no están en funcionamiento. Una vez que el motor esté funcionando, use un voltímetro para medir el voltaje entre los terminales 1 y 2. Una lectura de voltaje de cero voltios probaría que los contactos no se están abriendo. Además, los consumos de alto amperaje en el circuito de devanado de arranque son una señal reveladora de que los contactos no se han abierto.

Para la solución de problemas de la bobina, después de desconectar todos los cables del relé, pruebe la bobina entre los terminales 2 y 5 del relé. Dado que esta bobina debe tener una resistencia muy alta, asegúrese de usar la escala adecuada en el ohmímetro si no es autoescalable. La escala RX 100 es buena para usar, ya que la escala RX 1 puede engañar a un técnico haciéndole creer que hay una bobina abierta debido a la resistencia extremadamente alta de la bobina. No es raro que la lectura de la resistencia sea de muchos miles de ohmios. Si el ohmímetro lee infinito en la escala RX 100, la bobina del relé se ha abierto, se debe desechar el relé e instalar uno nuevo. Una bobina de relé abierta evitará que los contactos entre 1 y 2 se abran debido a que no hay magnetismo en el núcleo de hierro de la bobina de relé. Esto, de nuevo, causará consumos elevados de amperaje y un sonido retumbante del capacitor que permanece en el circuito demasiado tiempo.

El voltaje de captación para un relé de potencial específico se enumerará como un mínimo y un máximo. El voltaje de captación real debe permanecer dentro de su rango para una operación adecuada. El voltaje de captación es el voltaje BEMF generado a través del devanado de arranque por el rotor del motor cuando alcanza aproximadamente ¾ de la velocidad sincrónica. Si el voltaje de arranque generado por BEMF está por debajo del mínimo, los contactos entre las terminales 1 y 2 nunca se abrirán. El condensador de arranque permanecerá entonces en el circuito, lo que provocará un alto consumo de amperaje y puede abrir los dispositivos de protección del motor. Sin embargo, si el voltaje de captación generado por BEMF está por encima del máximo, la bobina del relé tiene una buena posibilidad de sobrecalentarse y abrir el circuito. Una vez más, los contactos entre 1 y 2 permanecerían cerrados, lo que provocaría un alto consumo de amperaje si la bobina del relé abre el circuito.

Los relés potenciales tienen una clasificación de voltaje de caída, que es el voltaje BEMF que se debe generar a través de la bobina del relé para "mantener" abiertos los contactos una vez que se han levantado (abierto). A menudo, se necesita más BEMF (voltaje de captación) para captar y abrir los contactos que para mantenerlos abiertos. Una vez que el control de ciclo abre el circuito, el rotor disminuirá en velocidad, generando así menos BEMF a través del devanado de arranque y la bobina del relé. A medida que el BEMF cae por debajo del voltaje de caída, los contactos entre 1 y 2 volverán a su posición normalmente cerrada y estarán listos para el siguiente ciclo de inicio.

Debido a estas tres especificaciones de clasificación de voltaje, los relés potenciales deben dimensionarse para cada compresor individual. Consulte con un manual de servicio, el fabricante del compresor o una casa de suministros para obtener información sobre cómo seleccionar el relé de potencial correcto. Los relés de reemplazo se pueden comparar con referencias cruzadas para diferentes fabricantes utilizando tablas convenientes a través de Internet. Siempre que sea posible, se debe utilizar el número de modelo del nuevo relé al pedir un nuevo relé. Hay relés potenciales en el mercado con un rango de voltaje de captación ajustable.

Los relés potenciales también tienen una clasificación de voltaje continuo. Este es el BEMF máximo que la bobina del relé puede tolerar continuamente sin sobrecalentarse ni abrir el circuito.

Los compresores más antiguos, débiles o dañados internamente a menudo no pueden mantener una velocidad sincrónica debido a un devanado dañado, un condensador de funcionamiento débil, demasiada carga, fuera de tolerancia debido a la antigüedad o muchas otras razones. Es por estas razones que pueden tener dificultades para mantener sus velocidades sincrónicas una vez que están en funcionamiento. Una vez que su velocidad disminuye, se genera menos BEMF y puede estar por debajo de su voltaje de caída. Los contactos del relé se cerrarán y el condensador de arranque volverá al circuito en serie con el devanado de arranque. Este escenario a menudo hará que un devanado del motor se queme o se abra, que se abra la sobrecarga, que el capacitor de arranque se vuelva defectuoso por sobrecalentamiento, o que los contactos del relé se abran y cierren con demasiada frecuencia, lo que hace que se cierren por arco. A menudo, se reemplazará un capacitor y/o un relé potencial y el sistema funcionará bien durante un par de semanas o meses y luego volverá a ocurrir el mismo escenario. En estos casos, a menudo es ventajoso reemplazar el compresor antiguo, el relé de potencial y ambos capacitores.

John Tomczyk es profesor emérito de HVACR, Ferris State University, Big Rapids, Michigan, y coautor de Refrigeration & Air Conditioning Technology, publicado por Cengage Learning. Póngase en contacto con él en [email protected].