Electrónica aplicada a usos industriales

Contactores de estado sólido POR LUIS DOMINGO DAVILA U.

En el último trimestre del año 2008 durante el transcurso de una conversación acerca de los controles electrónicos en la industria y las plantas de procesamiento y producción surgió el tema: ¿por qué se siguen usando contactores electromecánicos (con protección térmica por bimetálico, activación por bobinas [electroimanes] y conmutación por apertura y cierre de contactos metálicos?, se me preguntó: “¿acaso no existen componentes electrónicos capaces de manejar cargas de 20 o 30 amperios de manera eficiente, que no produzcan arcos y sin el desgaste que se produce en los contactos metálicos?.

En la actualidad ya podemos contar con excelentes componentes electrónicos de gran calidad, eficiencia y durabilidad capaces de manejar 50 amperios rms, es decir, 50A eficaces, tengo conocimiento de la existencia de los “relés de estado sólido” desde hace por lo menos 2 décadas y sé que día a día se logran avances impresionantes en lo que respecta a miniaturización y nanotecnología por lo que componentes electrónicos de estado sólido cada vez mas pequeños pueden manejar y controlar corrientes cada vez mayores.

Realizando una pequeña investigación en Internet conseguí suficientes datos para responder categóricamente que efectivamente ya podemos reemplazar los antiguos relés y contactores industriales de tipo electromecánico por pequeños, robustos y muy duraderos contactores y relés de estado sólido.

Tal como sucede en todos los casos donde usemos componentes electrónicos el enemigo público Nº 1 a vencer es: las altas temperaturas; pero los fabricantes han encontrado satisfactorias y económicas formas de compensar ésta limitación con el uso de radiadores disipadores de calor y la implementación de ventilación forzada que no es otra cosa que la disposición de ventiladores adecuados para desplazar el aire caliente y mantener aire fresco sobre los componentes y disipadores.

Presentación comercial de contactores de estado sólido

La apariencia de un relé o contactor de estado sólido es la de un bloque monolítico similar a la de los puentes rectificadores de gran amperaje y se muestran a continuación:

RELÉS DE ESTADO SÓLIDO SSR

CONTACTORES DE ESTADO SÓLIDO

E

En las imágenes mostradas en la Fig. 1 se puede apreciar el conjunto de disipador + ventilación forzada + componente de estado sólido.

A continuación tenemos enlaces a páginas en Internet correspondientes a algunos fabricantes de este tipo de dispositivos:

POWER-IO

1-125 amp, AC or DC activated solid state relays for switching AC loads

up to 50 amp, 75 amp, or 100 amp contactor; AC or DC activated

Carlo Gavazzi

Allen-Bradley

ABB Inc. Low Voltage Products & Systems

EATON

(Para ir a la página web coloque el puntero del Mouse sobre el enlace deseado, oprima la tecla “control” y manténgala presionada (Ctrl), espere a ver el cambio de forma del puntero y cuando vea la forma de una pequeña mano haga clic, se abrirá el programa navegador de Internet y comenzará a cargar la página web correspondiente. Para poder navegar en Internet su pc deberá contar con el correspondiente contrato con un proveedor de acceso a Internet (ISP).)

Son por lo menos 50 los fabricantes actuales de este tipo de dispositivos y están disponibles en todos los mercados: Norteamérica, Europa y Asia.

Tal como podemos hacer con otros componentes electrónicos es posible conectar varios de estos relés de estado sólido (SSR=Solid State Relay) en

Fig. 1 Disipador con ventilación forzada para relé de estado sólido

paralelo para manejar corrientes muy grandes. En la Fig. 2 se muestra el diagrama esquemático de la estructura interna de un SSR y en la Fig. 3 podemos apreciar un montaje en paralelo.

Fig. 2 Diagrama esquemático de un SSR.A la izquierda controlado por AC y a la derecha controlado por DC.

Fig. 3 Instalación de 2 SSR en paralelo.

Una de las precauciones que se deben tomar al usar SSR y contactores de estado sólido es la de incluir supresores de picos transitorios entre los terminales donde conectaremos la carga, algunos modelos ya traen incorporados internamente supresores de picos pero es muy importante no olvidar el uso de estos componentes de tipo MOV para prevenir daños a nuestro SSR o contactor.

En definitiva podemos decir que estamos asistiendo al comienzo de la era de los relés y contactores de estado sólido que presentan las siguientes ventajas:

Alta confiabilidad y larga duración – mas de 109 operaciones garantizadas por el fabricante

Ninguna formación de arcos en los contactos, baja EMI (emisión de Interferencias Electro Magnéticas => Electro Magnetic Interferences), capacidad de manejo de altos picos

Muy alta resistencia a las vibraciones y golpes Muy alta resistencia a daños por agentes químicos agresivos y polvo por su

robusto encapsulado en plásticos de alta densidad Totalmente silenciosos: su funcionamiento no genera ruidos electromecánicos Compatibles con controles lógicos y controladores programables PLC;

disponibilidad de modelos compatibles con entradas analógicas, TTL y CMOS. Muy alta velocidad de conmutación Baja capacitancia de acoplamiento Elevado nivel de aislación entre los circuitos de control y potencia (típicamente

5Kv mínimo) gracias a sus optoacopladores internos Reducido tamaño con posibilidad de indicación de todos los estados por medio

de LED’S

La próxima vez que pensemos en usar relés y contactores para manejar grandes corrientes tomemos en consideración a los modelos de estado sólido que sin duda durarán mucho más tiempo que sus contrapartes electromecánicos.

Varistor supresor de picos MOV

Confío que este artículo sea de utilidad para todos aquellos que desconocían la existencia de estos componentes electrónicos de potencia para uso industrial.