CONTROL DE MOTORES ELCTRICOS MEDIANTE CONTROL ELECTROMAGNTICO

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOEl tpico motor de induccin de una fase se usa para convertir energa elctrica en energa mecnica, en los equipos de uso domsticos, como son las lavadoras, secadoras, refrigeradores y calentadores. Muchos dispositivos que ahorran tiempo de trabajo y que usamos a diario estn activados por motores elctricos. Los ms obvios (taladros, procesado res de alimentos, ventiladores y aspiradoras) no nos sorprenden, porque podemos or el motor tan pronto como se conecta el interruptor o se presiona el gatillo. Otras aplicaciones, como un refrigerador, lavadora de platos y hornillos para la calefaccin, son menos evidentes. En stos, el motor asume un papel de respaldo, proporcionando la energa necesaria para mantener funcionando un equipo complejo. En ambos casos, el motor suministra energa mecnica. Pero algo nico sobre un motor elctrico es que genera su energa mecnica de la corriente elctrica. Aunque hay muchos tipos de motores elctricos, todos ellos utilizan un fenmeno comn que enlaza la energa elctrica con la mecnica: el magnetismo.

Tipos de motores, tanto en CC como en CAUtilizacin de los motores de corriente directa [C.D.] o corriente continua [C.C.] Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, adems, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o bateras. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo numero de polos y el mismo numero de carbones. LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA PUEDEN SER DE TRES TIPOS:

SERIE PARALELO COMPOUND

MOTOR SERIE: es un tipo de motor elctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magntico principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado est hecho con un alambre grueso porque tendr que soportar la corriente total de la armadura. Debido a esto se produce un flujo magntico proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magntico mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsin mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro vara dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rpidamente.

MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal est conectado en derivacin con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar. Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales estn constituidas por muchas espiras y con hilo de poca seccin, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.

MOTOR COMPOUND: es un motor de corriente continua cuya excitacin es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivacin con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura vara, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se aade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una caracterstica de velocidad que no es tan "dura" o plana como la del motor shunt, ni tan "suave" como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitacin del campo puede resultar en exceder la mxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.

LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON:

ESTATOR: Es el que crea el campo magntico fijo, al que le llamamos Excitacin. En los motores pequeos se consigue con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes ms potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitacin permanente, mayores.

ROTOR: Tambin llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas que le hace girar.

Inducido de C.C. ESCOBILLAS: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que ste gira, la conexin se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barran", como pequeas escobas, la superficie sobre la que tenan que hacer contacto. COLECTOR: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes bsicas:

DELGAS: Son los sectores circulares, aislados entre s, que tocan con las escobillas y a su vez estn soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor. MICAS: Son lminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecnicamente robusta.

Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es facil intuir que la velocidad que alcanzan stos dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia mecnica en el eje. EXCITACIN. La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitacin. Podemos distinguir entre:

INDEPENDIENTE: Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuracin ms extendida. SERIE: Consiste en conectar el devanado del estator en serie con el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque, y precisamente se utiliza en los automviles. Los motores con este tipo de excitacin se embalan en ausencia de carga mecnica. Los motores con esta configuracin funcionan tambin con corriente alterna. PARALELO: Estator y rotor estn conectados a la misma tensin, lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par.

COMPOUND: Del ingls, compuesto, significa que parte del devanado de excitacin se conecta en serie, y parte en paralelo. Las corrientes de cada seccin pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar en detalles al respecto.

Motor de corriente alterna.

Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y por el nmero de fases de alimentacin. Vamos a ello: Por su velocidad de giro. Asncronos. Un motor se considera asncrono cuando la velocidad del campo magntico generado por el estrtor supera a la velocidad de giro del rotor. Sncronos. Un motor se considera sncrono cuando la velocidad del campo magntico del estrtor es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte mvil del motor. Dentro de los motores sncronos, nos encontramos con una subclasificacin:

Motores sncronos trifsicos. Motores asncronos sincronizados. Motores con un rotor de imn permanente.

Por el tipo de rotor.

Motores de anillos rozantes.

Motores con colector. Motores de jaula de ardilla.

Por su nmero de fases de alimentacin.

Motores monofsicos. Motores bifsicos. Motores trifsicos. Motores con arranque auxiliar bobinado. Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

Ejemplo de un motor de induccin trifsico tipo rotor jaula de ardilla.

Recibe este nombre debido a que precisamente tiene la forma de una jaula de ardilla. Aqu el bobinado est constituido por barras que se vacan sobre el rotor destinado para este fin; las barras, por lo general, son de aluminio y al fundirse en el rotor debido a la forma que se les da, quedan unidas entre s en corto circuito en la forma de una jaula de ardilla.

Construccin del motor de induccin jaula de ardilla

Construccin del estator. Como mencionamos anteriormente, la construccin de un motor de induccin es similar en principio a la construccin de la maquina sincrnica.: tres fases, P polos, fmm y distribucin de flujo sinusoidales, velocidad de sincronismo. El campo de motor de induccin es el estator; la armadura es el rotor.

Construccin del rotor. El rotor jaula de ardilla consiste en una serie de barras conductoras dispuestas entre ranuras labradas en la cara del rotor y cortocircuitadas en cada extremo por anillos de cortocircuitado. La figura muestra el rotor de un motor de induccin pequeo del que se ha retirado parte del metal para mostrar los conductores, los cuales estn un poco inclinados para eliminar los efectos de resonancia. Las partes que sobresalen de los anillos de los extremos mejoran la transferencia de calor.

Principio de funcionamiento

Ley de ampere. La relacin fundamental que rige el comportamiento magntico de un circuito viene dada por la ecuacin de maxwell:

El segundo sumando de la derecha de la igualdad representa el efecto de las corrientes de desplazamiento, que en la gama de frecuencias utilizadas industrialmente, es despreciable frente al primer sumando, que representa el efecto de corrientes de conduccin. La ecuacin anterior se puede escribir en forma integral, aplicando el teorema de Stokes, de la forma:

Donde J es la densidad de la corriente, ds el elemento de la superficie, H es la intensidad del campo magntico y dl el elemento de la longitud de la lnea cerrada que delimita la superficie S.

La figura anterior muestra un ncleo rectangular con un devanado con N vueltas de alambre enrollado sobre una de las ramas del ncleo. Si el ncleo es de hierro casi todo el campo magntico producido por la corriente permanecer dentro del ncleo, de modo que el camino de integracin de la ley de ampere es la longitud del ncleo lc. La corriente que pasa por el camino de integracin I net es entonces Ni, puesto que la bobina de alambre corta dicho camino N veces mientras porta la corriente i. La ley de Ampere se expresa entonces.

Donde H es la magnitud del vector de intensidad de campo magntico al ncleo debido a la corriente aplicada es:

La intensidad del campo magntico H es, de alguna manera, una medida del esfuerzo de una corriente por establecer un campo magntico. La potencia del campo magntico producido en el ncleo depende tambin del material de este. La relacin entre campo magntico H y la densidad del flujo magntico resultante B producida dentro del material esta dad por

Donde H= intensidad de campo magntico = permeabilidad magntica del material B= densidad del flujo magntico resultante La densidad de flujo magntico real producida en una seccin del material estar dada entonces por el producto de dos trminos. H Que representa el esfuerzo de la corriente por establecer un campo magntico Que representa la facilidad relativa para establecer un campo magntico en un material dado

La intensidad de campo magntico se mide en ampere-vuelta por metro, la permeabilidad en Henry por metro 7y la densidad del flujo resultante en webers por metro cuadrado, conocidos como teslas (T).

La permeabilidad en el espacio libre se denomina 0 y su valor es

La permeabilidad de cualquier material comparara con la permeabilidad del espacio libre se denomina permeabilidad relativa.

La permeabilidad relativa es una medida til para comparar la capacidad magnetizacin de los materiales.

de

En un ncleo como en la figura anterior, la magnitud de densidad de flujo est dada por:

Y el flujo total en cierta rea esta dado por Donde dA es la diferencial del rea. Si el vector de densidad de flujo es perpendicular a un plano de rea A y si la densidad de flujo es constante en toda el rea, la ecuacin se reduce a

De esta forma el flujo total en el ncleo de nuestra figura, producida por la corriente i en el devanado es

Donde A es el rea de de la seccin transversal del ncleo. Ley de Lenz Si el sentido de la corriente inducida ser tal que su flujo se opone a la causa que la produce. La ley de Lenz nos dice que los voltajes inducidos sern de un sentido tal que se oponga a la variacin de flujo magntico que los produjo. La polaridad de un voltaje inducido es tal que tiende a producir una corriente, cuyo campo magntico se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. En este caso la ley de faraday afirma que el voltaje inducido en cada instante tiene un valor:

El valor negativo de la expresin anterior indica que flujo que la produce.

se opone a la variacin de

Ley de faraday Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magntico que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

Donde: S=superficie arbitraria cuyo borde es c En el caso de un inductor transforma en de N vueltas de alambre, la formula anterior se

Donde

Obtencion de campos magneticos giratorios Un campo magntico rotativo o campo magntico giratorio es un campo magntico que rota a una velocidad uniforme (idealmente) y es generado a partir de una corriente elctrica alterna trifsica. Fue descubierto por Galileo Ferris en 1885, y es el fenmeno sobre el que se fundamenta el motor de corriente alterna. Al repartir sobre un cilindro de hierro (estator para las mquinas elctricas asncronas) unas bobinas, se separan las entradas y salidas 120 entre s y se alimentan con una corriente alterna, se obtiene por el efecto de la corriente conducida a travs de ellas un campo magntico pulsante. Si se colocan otras dos bobinas predispuestas igual que la primera pero de modo que los planos que las contienen se sitan a 60 a izquierda y a la derecha de la primera bobina y se alimenta cada grupo.

Tres posiciones del giro, con la distribucin de potencia del campo resultante. Si cada grupo de bobinas tiene un nmero escaso de stas, el campo magntico creado tendr una onda de forma cuadrada. Para aproximarla a una senoide lo que se hace es aumentar el nmero de bobinas en cada grupo (fase), y distribuirlas lo mximo posible en el estator. Obtencin de un campo magntico giratorio mediante devanados polifsicos: teorema de ferris.

La posibilidad de producir un campo magntico giratorio sin necesidad de ningn rgano mvil viene expresada por el teorema de ferris, que se denuncia de la siguiente manera. La onda fundamental de f.m.m. creada por un sistema simtrico de m fases idnticas de una maquina elctrica, que guardan entre si un desfase espacial de 360/m grados elctricos y que estn recorridas por un sistema m-fsico de corrientes equilibradas, desfasadas 360/m grados elctricos en el tiempo, es una onda de amplitud constante igual m/2 veces la que producira cada una de las fases por separado y que gira en el entrehierro con una velocidad angular que, expresada en radianes elctricos por segundo es igual a la pulsacin 1 de las corrientes. Dicha velocidad se denomina velocidad de sincronismo. Admitiendo que el eje magntico de la fase A esta en =90 , las expresiones matemticas de las fuerzas magnetomotrices creadas por cada fase sern.

( ( ( En donde ) )

) ( ( ) ) ( ( ) )

Es la amplitud mxima del armnico fundamental de f.m.m. Producido por una fase. La onda resultante ser la suma de las tres expresiones anteriores. Desarrollando los productos de seno y coseno se obtiene: ( ( ( ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( ) ) )

En donde la suma de los tres ltimos trminos es idnticamente nula por tratarse de tres ondas senoidales de la misma amplitud y desfasadas 120.

El resultado final es

(

)

(

)

(

)

Que es la expresin de un campo giratorio de amplitud 3/2 de la fase individual (m=3 en este caso) y que gira con velocidad angular , que en el caso de p pares de polos seria de

Radianes geomtricos por segundo. Cuando dicha velocidad revoluciones por minuto (r.p.m.) su valor es:

se expresa en

Desarrollo de la caracterstica par velocidad de un motor de induccin.

Dibujo de la corriente del rotor (y por lo tanto | de induccin.

|) contra la velocidad en un motor

Dibujo del campo magntico contra la velocidad del motor.

Dibujo del factor de potencia del rotor contra la velocidad del motor.

Caractersticas resultante par-velocidad. Ejemplos de motores comerciales Motores elctricos:

Imcoinsa dispone de varios modelos de motores elctricos, tanto monofsicos como trifsicos, para la aplicacin en hormigoneras. Se trata de motores de 1.500 rpm, islamiento IP54, con interruptor, cable, enchufe y polea de 60 para correas de

tipo A. Los motores monofsicos pueden tener una potencia de 1, 1 1/2, 2 3 CV, con pesos entre 10,42 y 17,82 kg. Los trifsicos cuentan con 2 CV y 14,94 kg 3 CV y 18,38 kg. Los motores monofsicos de 2 y 3 CV pueden llevar interruptor C.E. incorporado, as como los trifsicos de 2, 3 4 CV.

Motores elctricos 1PH8 Siemens.

Esta nueva serie 1PH8 Siemens ha sido concebida para su utilizacin universal en las ms diversas aplicaciones de control de movimiento, ofreciendo como principal caracterstica su carcter modular y flexible. Adems, los motores elctricos Siemens de la serie 1PH8 estn disponibles tanto en variante asncrona como en variante sncrona compacta, tanto con ventilacin forzada independiente como con refrigeracin por agua.

Los motores 1PH8 Siemens estn disponibles para su utilizacin como motor de accionamientos principales, y con un rango de potencias comprendidas entre 2,8 kW y 1.340 kW. Adems, disponen de una extensa gama de componentes adicionales as como diversos tipos de cojinetes que pueden ampliar su campo de aplicacin. Principales aplicaciones: Accionamientos principales en prensas y extrusoras, lneas de converting, arrastre de ejes en la industria papelera y de artes grficas, rotativas, as como en el sector de gras y elevacin.

CIRCUITOS SECUENCIALES: El control de estos circuitos se aplica cuando los arrancadores se conectan en tal forma que uno no puede arrancar hasta que se energiza el otro. Este tipo de control es necesario cuando una maquina debe tener funcionando un equipo auxiliar, tal como el de la lubricacin a alta presin y bombas hidrulicas, antes que la propia maquina pueda accionarse con seguridad. Control automtico de secuencia. Se puede arrancar automticamente una serie de motores con una sola estacin de control del tipo de arrancar-parar. Esto se ilustra en la figura 2 y 3. Cuando se arranca la bomba de aceite lubricante (M1) de la figura 3, al oprimir el botn de arranque, debe bombear la presin para cerrar el interruptor el interruptor de presin antes que el motor principal de impulsin (M2) puede arrancar. El interruptor de presin tambin energiza un relevador de tiempo (RT). Despus de un retraso de tiempo previamente fijado, el contacto (RT) se cerrara y energizara la bobina del arrancador del motor de alimentacin (M3).

Contactos (o interconexiones) auxiliares que se usan para el control automtico de secuencia. El contacto (M1) energiza la bobina (M2); el contacto (M2) energiza la bobina (m3)

Si el motor principal de impulsin (M2)se sobrecarga y se dispara el arrancador y el relevador de control de tiempo (RT), el circuito del motor de alimentacin (M3) se desconectara al abrir el contacto (RT), si se desconecta el motor de la bomba del aceite lubricante (M1) a causa de una sobrecarga, todos los motores deben parar.

EL CIRCUITO TEMPORIZADOR

El circuito electrnico que ms se utiliza tanto en la industria como en circuitera comercial, es el circuito temporizador o de retardo, dentro de la categora de temporizadores, cabe destacar el ms econmico y tambin menos preciso consistente en una resistencia y un condensador, a partir de aqu se puede contar con un sinfn de opciones y posibilidades. En este tutorial se tratarn unos tipos sencillos para adquirir conocimiento de cmo conseguir un retardo en un sistema que no requiera gran precisin y terminaremos por analizar un temporizador de mayores prestaciones y precisin. Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la necesidad de precisin en el tiempo, base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepcin y diseo. Como se ha mencionado anteriormente un temporizador bsicamente consiste en un elemento que se activa o desactiva despus de un tiempo ms o menos preestablecido. De esta manera podemos determinar el parmetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de temporizarse, se detenga o empiece a funcionar o simplemente cierre un contacto o lo abra.

EL MS SENCILLO El ms simple de los retardos, requiere de una resistencia de cierto valor y un condensador de considerable capacidad. Veamos, se necesita un retardo en una mquina cizalla de corte, la cual conlleva cierto riesgo de accidentar al operario que la maneja. 1. Necesitamos un sistema de seguridad para que slo cuando el operario est fuera de peligro, la cuchilla pueda bajar.

2. Otro sistema de seguridad, consiste en producir un retardo y al mismo tiempo un sonido o luz intermitente de aviso. El primer caso, se puede lograr con la combinacin de unos fines de carrera y un par de pulsadores, localizados fuera del recorrido de la cuchilla y sus alrededores. Para el segundo punto, podemos optar por un diodo rectificador D1, una resistencia R1 y un condensador C1. El montaje sumamente sencillo se muestra en la figura 1.

Fig. 1 El diodo D1 se encarga de rectificar la corriente proporcionada por un secundario de un transformador o simplemente de la red a la que se conectar el equipo al que se ha de controlar, para lo cual deber observarse las precauciones bsicas y elementales a la hora de seleccionar los diferentes elementos mencionados, respetando un margen de seguridad en la tensin a la que se sometern en el montaje. A continuacin se intercala la resistencia R1 que ser la responsable directa del tiempo de carga del condensador, es decir, a mayor valor hmico le corresponde un mayor tiempo de carga del condensador. El siguiente elemento, el condensador, debe escogerse de una considerable capacidad cosa muy determinante, pero sin perder de vista la tensin a la que se ver sometido, para evitar que se perfore y quede definitivamente inservible. A la hora de elegir el condensador, es conveniente considerar su tamao y siempre que sea posible debera optarse por un modelo electroltico (de ah el uso del diodo), como digo electroltico debido esencialmente a la mayor capacidad y menor tamao, cosa que en algunos casos no es posible, utilizando en tal caso uno de los no polarizados industriales de unos 8 a 12 f y por seguridad 400V, los que suelen utilizar en los motores de las lavadoras o frigorficos.

Bien, veamos que ocurre cuando se aplica una tensin a la figura 1 a, la corriente al atravesar el diodo D1, se rectifica a media onda, esto la reduce aproximadamente a la mitad, esta tensin se enfrenta al paso de la resistencia R1, que le restringe su paso a un valor previsto por el diseador. A la salida de R1, la tensin se precipita para cargar el condensador C1, que es el camino que menor resistencia le ofrece y, ese tiempo de carga, justamente es el tiempo que se pretende controlar, ya que durante ese tiempo de carga, la corriente no fluir ms all del condensador. Hay que tener en cuenta que el tiempo de carga, no representa ms que dos tercios (2/3) de la capacidad total de C, rebasada la cual, la corriente empezar a fluir hacia el siguiente elemento conductor que encuentre, terminando as el retardo.

De lo expuesto, se puede asegurar que la corriente que atraviesa el circuito, recorre dos caminos; uno el representado por la lnea de trazos (Ic) durante los primeros 2/3 de carga, y otro, el de la salida (Id). La salida puede conectarse a un rel que se encargar de producir el efecto deseado conectar/desconectar, segn lo previsto. Este sistema se estuvo utilizando hasta los aos 70 en cierto control de los ferrocarriles de Espaa, en el sistema de seguridad llamado 'hombre muerto' Este caso digamos que es el directo, tambin se puede utilizar una forma ms, digamos sofisticada, a esta se conecta el rel RL, en serie con la resistencia R1, a la cual se le calcular su valor, de manera que la corriente que la atraviese, active el rel slo cuando el condensador C, se haya cargado. La tensin de trabajo del rel deber ser la que corresponda a la tensin nominal de alimentacin del circuito, para evitar que se queme cuando se active mediante la corriente de paso en carga. En ambos circuitos, se percibe que el control no es tal, ya que la carga del condensador se ve influenciada por muchos imponderables, adems de poco fiable. Se necesita un mayor control y rango de tiempos. La solucin puede estar en los transistores que permiten un mayor control de los diferentes parmetros. Debido al control de ganancia y paso de corriente que nos permite el transistor y mediante un montaje adecuado, podemos lograr una mejora en los tiempos y por lo tanto ms fiabilidad, al utilizar condensadores ms pequeos. Vase en la figura 2, la bscula formada por T1 y T2 a los que se ha aadido un tercer transistor para mejorar la carga del rel a su salida. El funcionamiento de la bscula determina mediante el ajuste de los potencimetros P1 y P2 los tiempos de bscula miento obteniendo un mejor control de amplitud del tiempo de retardo.

No obstante y a pesar de lograr una considerable reduccin en la capacidad de los condensadores, lo que conlleva una mayor seguridad y control, no es bastante fiable en algunos casos y la industria necesitaba algo ms compacto que le dotara de tiempos ms largos y fiables. Esto se lograra mediante el circuito integrado temporizador A555.

Fig. 2

Arranque a tensin reducida de motores asincrnicos con rotor en jaula

Este mtodo se utiliza para motores que no necesiten una gran cupla de arranque. El mtodo consiste en producir en el momento del arranque una tensin menor que la nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensin se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magntico y la cupla motriz. Entre los mtodos de arranque por tensin reducida ms utilizados podemos mencionar el de arrancador estrella-tringulo, el de autotransformador de arranque y el de arrancador electrnico.

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRNICOS CON ROTOR EN JAULA POR CONMUTACIN ESTRELLA-TRINGULO

El arranque estrella-tringulo es el procedimiento ms empleado para el arranque a tensin reducida debido a que su construccin es simple, su precio es reducido y tiene una buena confiabilidad.

El procedimiento para reducir la tensin en el arranque consiste en conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trifsicos previstos para trabajar conectados en tringulo en la red de 3 x 380 V. Los bobinados inicialmente se conectan en estrella, o sea que reciben la tensin de fase de 220 V, y luego se conectan en tringulo a la tensin de lnea de 380 V; es decir que la tensin durante el arranque se reduce 1,73 veces. Por ser sta una relacin fija, y dado que la influencia de la tensin sobre la corriente y la cupla es cuadrtica, tanto la corriente como el par de arranque del motor se reducen en tres veces. Adems, es necesario que el motor est construido para funcionar en tringulo con la tensin de la lnea (380 / 660 V). Si no es as, no se lo puede conectar. Adems el estator debe tener sus seis bornes accesibles (situacin que no se da en todos los motores, como por ejemplo en las bombas sumergibles). Para ello se abren los circuitos de las bobinas del estator y se las conecta al conmutador. En este caso al motor ingresan 6 cables, ms el de puesta a tierra. La conmutacin de estrella a tringulo generalmente se hace en forma automtica luego de transcurrido un lapso (que puede regularse) en el que el motor alcanza determinada velocidad. En el caso ms simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el motor, disponiendo de enclavamientos adecuados. La proteccin del motor se hace por medio de un rel trmico. El trmico debe estar colocado en las fases del motor. La regulacin del mismo debe hacerse a un valor que resulta de multiplicar la corriente de lnea por 0,58. La proteccin del circuito ms adecuada tambin es el fusible. Algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de conmutacin son: el pico de corriente que toma el motor al conectar a plena tensin (etapa de tringulo) debe ser el menor posible; por ello, la conmutacin debe efectuarse cuando el motor est cercano a su velocidad nominal (95% de la misma), es decir cuando la corriente de arranque baje prcticamente a su valor normal en la etapa de estrella.

Asimismo, el rel de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento, no antes ni mucho Despus. Habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10 segundos, si supera los 12 segundos se debe consultar al proveedor del equipo. Si no se cumple con lo anterior, el pico de corriente que se produce al pasar a la etapa de tringulo es muy alto, perjudicando a los contactores, al motor y a la mquina accionada. El efecto es similar al de un arranque directo. Finalmente digamos que el dispositivo estrella-tringulo tiene el inconveniente de que la cupla de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar mquinas con mucho momento de inercia, en cuyo caso se utilizan los dos mtodos que se describen a continuacin. Ambos permiten conectar motores trifsicos con motor de jaula, los cuales traccionan, por ejemplo, bombas sumergibles. ARRANQUE DE MOTORES ASINCRNICOS CON ROTOR EN JAULA POR AUTOTRANSFORMADOR DE ARRANQUE

El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-tringulo, salvo por el hecho de que la tensin reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensin en forma escalonada, permitiendo un arranque suave. Su nico inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daos perjudiciales al sistema mecnico o a la mquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en el momento del arranque.Una variante menos usada es la conexin Kusa, en la que durante el proceso de arranque se intercala una resistencia en uno de los conductores de lnea.

ARRANQUE A TENSION REDUCIDA Cuando un motor arranca toma una corriente que es mucho mayor que la corriente nominal. Hay casos en que la corriente toma un valor de seis veces la corriente nominal. Este hecho produce cadas grandes en la tensin del sistema elctrico y la ingeniera ha buscado soluciones a este problema. Una de esas soluciones es arrancar los motores con voltaje reducido.

Aunque la cada de voltaje causa diferentes problemas, una reduccin controlada en las terminales del motor puede ser beneficiosa cuando se usa para reducir los kVA de arranque de un motor en aplicaciones donde el torque reducido del motor es aceptable. Reducir los kVA de arranque del motor puede reducir el tamao del generador, reducir la cada del voltaje y dar un arranque ms suave a las cargas de motor. Sin embargo es necesario asegurarse de que el motor desarrollara suficiente torque para acelerar la carga en condiciones de voltaje reducido. Asimismo, cualquier arrancador que haga la transicin entre el arranque y funcionamiento puede causar una condicin de entrada de casi tan severa como el arranque con toda la lnea, a menos que el motor este cerca o en la velocidad de la sincrona en la transicin. Esto puede causar una inaceptable cada de voltaje y una potencial desconexin del arrancador.

Mtodos de arranque por reduccin de tensin Algunos equipos industriales se deben arrancar en forma gradual, como es el caso de mquinas que procesan productos frgiles, no se puede conectar los motores directamente a l lnea, debido a que la corriente de arranque es muy elevada, en este tipo de casos, la tensin de arranque aplicada al motor se debe reducir, ya sea conectando resistencia (tambin reactancias) en serie con la lnea de alimentacin al motor, o bien, empleando un autotransformador.

En el arranque a tensin reducida se debe tener en consideracin que: a) La corriente a rotor bloqueado es proporcional al voltaje, es decir, que si se reduce el voltaje a la mitad, la corriente se reduce a la mitad. b) El para a rotro bloqueado es proporcional al cuadrado del voltaje, es decir, si se reduce el voltaje a la mitad, el par se reduce a la cuarta parte.

Los siguientes mtodos de arranque que vamos a analizar reducen la tensin de alimentacin pero no modifican la frecuencia. Como consecuencia, el cociente entre el par y la corriente es reducido.

Arranque con resistencias primarias:

Este mtodo intercala resistencias en serie con la alimentacin durante el arranque. A medida que el motor aumenta la velocidad, se disminuye el valor de las resistencias y finalmente se cortocircuitan. Un arrancador de este tipo de uso muy extendido utiliza resistencias lquidas, constituidas por lminas conductoras introducidas en recipientes de carbonato sdico como elementos resistivos. Este mtodo no proporciona muy buenos

resultados en lo que se refiere al control de la tensin en los terminales del motor, y es bastante ineficiente debido a las elevadas prdidas en las resistencias durante el arranque.

Arranque por resistencias secundarias o rotricas: Se usan seis resistencias y se alambran, de tal manera que cuando los contactos del relevador de arranque del motor cierran, la corriente circula por las seis resistencias para arrancar el moto a baja velocidad. Despus de un tiempo predeterminado, los contactos 1A cierran para dejar fuera tres de las resistencias (ponindolas en cortocircuito), esto incrementa la velocidad del motor. Si se desea una velocidad mayor se cerrarn los contactos 2A para eliminar el efecto de las tres resistencias.

Arranque Estrella-tringulo: Este mtodo puede ser utilizado para motores con bobinados 400Vac. En funcionamiento normal, los devanados estn conectados en tringulo, pero en los primeros instantes del arranque se conectan en estrella. Esto reduce la tensin en bornes de los devanados al 57%, y el par de arranque al 33%. Este mtodo tiene la ventaja de mantener constante el cociente entre el par del motor y la corriente.

Este mtodo requiere dos contactores, y un rel retardado si el arranque es automtico. Durante la transicin de estrella a tringulo, el motor est desconectado durante unos instantes, lo que produce una prdida momentnea del par y un pico de corriente en la reconexin.

Arranque con autotransformador: Un arranque por autotransformador se realiza mediante un autotransformador con varias salidas. Al principio, el motor se conecta a la salida de menor tensin, conmutando a continuacin a salidas de voltaje superior a medida que la velocidad se incrementa hasta llegar a la tensin nominal. Normalmente se realizan dos o tres etapas. Cada etapa requiere un contactor, que necesita ser controlado mediante un rel retardado en el caso de un arranque automtico. Este mtodo desconecta momentneamente el motor en cada salto, lo que provoca picos de corriente y prdidas transitorias de par. Una ventaja de este mtodo es el reducido valor de la corriente debido al efecto transformador.

Del Control Electromagntico.La normatividad vigente para la instalacin y control de los motores elctricos NOM-001-SEDE-2005 (Norma Oficial Mexicana-001-Secretaria de Energia-2005)

Los dispositivos de control electromagnticos (parte potencia y parte control)

GENERALIDADES SOBRE LOS APARATOS DE MANIOBRA Y PROTECCIN Aparatos de maniobra Son todos aquellos aparatos que permiten el paso o la interrupcin del flujo de corriente a una determinada carga, esta puede ser motores, bobinas, resistencias, entre otras. Existen dos grandes grupos de aparatos de maniobra: * Aparatos de maniobra manuales *Aparatos de maniobra automticos Los aparatos de maniobra manuales son todos aquellos que necesitan de un operario para su accionamiento. Estos pueden ser con poder de corte (puede ser accionado en circuito bajo carga) y sin poder de corte (deben ser accionado sin carga). Entre estos aparatos tenemos: Los interruptores: Son dispositivos poder de corte, para cerrar o abrir circuitos, las secciones de las piezas que cierran o abren el circuito deben estar convenientemente dimensionadas, de tal manera que permitan el paso d corriente sin que se genere calentamiento excesivo. Al abrirse el circuito la chispa que se produce debe apagarse rpidamente, antes de que se forme un arco elctrico, que dae fcilmente los contactos. Por ello la operacin de estos de be realizarse con un movimiento rpido, o mediante el sistema de apertura brusca. Existen varios tipos de modelos de interruptores como los basculantes, de cuchilla, entre otros. Pulsadores: Estos son dispositivos que se diferencian de los interruptores por que estos cierran y abren circuitos solamente mientras acta sobre ellos una fuerza exterior, recuperando su posicin de reposo (inicial) al cesar dicha fuerza, por accin de un resorte o muelle.

Seccionadores: Son aparatos de maniobra sin poder de corte y que por consiguiente pueden abrir o cerrar circuitos nicamente cuando estn sin carga (vaco). Los aparatos de maniobra automticos son diseados para abrir o cerrar circuitos en funcin de los valores que adquieren ciertas magnitudes fsicas como temperatura, presin, espacio, tiempo, entre otros. Los mas usados son los interruptores automticos o disyuntores, cuya funcin especifica es la de abrir circuitos bajo condiciones anormales, aunque tambin pueden usarse como simple interruptores. El disyuntor puede actuar por sobrecargas, cortocircuitos, sobretensiones o subtensiones, al producirse cualquiera de estas anomalas se desconecta automticamente, aislando el circuito, para recuperar su estado normal se hace el rearme manual. El contactor tambin pertenece a este grupo de aparatos automticos de maniobra del cual se tratara ms detalladamente ms adelante. Las principales caractersticas de un interruptor automtico son : * Capacidad de maniobra, que es el nmero mnimo de maniobras que se puede realizar con dicho aparato. *Poder de corte, lo cual indica la mxima corriente que puede interrumpir sin peligro que se dae. Aparatos de proteccin Son destinados a interrumpir el circuito cuando se presentan irregularidades o condiciones anormales en su funcionamiento, en su mayora son aparatos de proteccin por sobrecarga o sobreintensidades (los ms usados en controles y automatismos), entre estos aparatos tenemos a: Fusibles: estos son conductores calibrados nicamente para el paso de una determinada corriente, por consiguiente estos conductores son ms dbiles que el resto de los conductores del resto del circuito. De manera que al producirse un cortocircuito, este interrumpir el flujo de corriente desenergizando el circuito que esta protegiendo, esto lo hace ya que el fusible se funde para valores de corriente mayores que el valor de trabajo del mismo debido a que su punto de fusin es

muy bajo, logrando evitar daos mayores en las cargas o al mismo circuito en si. Existen muchos tipos de fusibles; de tapn, bayoneta, cartucho, cuchilla, etc. REL El rel es un dispositivo mecnico capaz de comandar cargas pesadas a partir de una pequea tensin aplicada a su bobina. Bsicamente la bobina contenida en su interior genera un campo magntico que acciona el interruptor mecnico. Ese interruptor es el encargado de manejar la potencia en s, quedando al circuito electrnico la labor de "mover" la bobina. Permite as aislar mecnicamente la seccin de potencia de la de control. Pero para accionar la bobina la corriente y tensin presente en un puerto paralelo no es suficiente. Estructura de un rel

El rel es un dispositivo formado por una bobina y mltiples contactos del tipo normalmente abierto y normalmente cerrado. Al energizar la bobina se forma un campo magntico que mueve los contactos, abriendo y cerrando los circuitos conectados en ellos. Bsicamente se compone de un interruptor accionado por un electroimn. Dicho electroimn est formado por una barra de hierro dulce, llamada ncleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre.

Construccin de un rel

Principio de funcionamiento

Un rel consta de dos partes: una bobina o electroimn y unos contactos auxiliares, ambas partes se relacionan por interaccin magntica. Al pasar una corriente elctrica por la bobina el ncleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magntico producido por la bobina, convirtindose as en un imn de mayor potencia segn sea la intensidad de la corriente y el nmero de vueltas de la bobina. Su efecto de atraccin magntica hace que los contactos auxiliares cambien de posicin. Al abrir el interruptor, deja de pasar la corriente por la bobina y desaparece el campo magntico y el ncleo deja de ser un imn.

Relevador contactor

Relevadores de control Los relevadores de control se utilizan como dispositivos auxiliares en los circuitos de control para la interrupcin, en las bobinas de los arrancadores grandes y para controlar motores pequeos u otras cargas tales como calefactores elctricos, luces piloto o seales audibles. No proporcionan proteccin contra sobrecargas a los motores. Cualquier contacto NA o NC se puede conectar para servir como circuito de retencin en sistema trifsico. Los relevadores de control se pueden obtener en una diversidad de construcciones, de tiro doble o sencillo, con varias combinaciones de circuitos d contactos normalmente abiertos o cerrados. Esta variedad permite la seleccin de un relevador para casi cualquier aplicacin.

Rel de sobrecarga magntico. Un rel de sobrecarga que obedece a un principio magntico de funcionamiento puede ser utilizado en circuitos de corriente continua y con una modificacin auxiliar en circuitos de corriente alterna (por inclusin de un manguito fijo de cobre o de latn rodeando la armadura) los contactos estn normalmente cerrados cuando el rel magntico de sobrecargas esta desexitado. Con la corriente nominal o algo inferior la presin del resorte es suficiente para impedir el movimiento de la armadura. Cuando la corriente alcanza o excede una sobrecarga particular se crea una fuerza magnetomotriz suficiente para crear el movimiento de la armadura y la apertura de los contactos normalmente cerrados.

Rel de sobrecarga magntico de accin retardada Un rel de sobrecarga magntico de accin retardada es lo mismo que un rel con un amortiguador para retardar el movimiento de la armadura. Dicho amortiguador contiene aceite o un fluido especial de viscosidad para producir el retardo necesario.

Rel de sobrecarga, trmico inductivo, bimetlico. Este rel contiene un ncleo de hierro que generalmente es fijo, insertado en un manguito de cobre o latn al que ha sido soldada una armadura bimetlica en palanca. Las corrientes generadas en el tubo de cobre calientan la placa bimetlica .Una corriente de sobrecarga produce el calor suficiente para desplazar los contactos del circuito de carga normalmente cerrados.

En general, se puede distinguir un rel los siguientes bloques:

Circuito de entrada, control o excitacin Circuito de acoplamiento Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:

-circuito excitador -dispositivo conmutador de frecuencia -protecciones Caractersticas generales Las caractersticas generales de cualquier rel son: El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. Adaptacin sencilla a la fuente de control. Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida. Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un rel se caracterizan por: En estado abierto, alta impedancia. En estado cerrado, baja impedancia. Para los rels de estado slido se pueden aadir:

Gran nmero de conmutaciones y larga vida til. Conexin en el paso de tensin por cero, desconexin en el paso de intensidad por cero. Ausencia de ruido mecnico de conmutacin. Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS. Insensibilidad a las sacudidas y a los golpes. Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plstico.

Tipos de rel: Por su construccin: Rels de atraccin de armadura: Los rels de atraccin de armadura; son rels de tipo electromagntico, en donde se utiliza una corriente elctrica para crear un flujo magntico y atraer Lina armadura. El movimiento de la armadura abre o cierra los contactos del mismo rel. Su construccin puede ser muy variada. Rel tipo balancn Este tipo de construccin compara el torque producido por una corriente contra el producido por la accin de un resorte pivoteando, formando una especie de balanza. Cuando la intensidad de la corriente es tal que se vence la acciona del resorte, el rel cierra sus contactos Rel tipo armadura: Al igual que en el tipo anterior; en este tipo de rel se compara la acci6n de la corriente contra la fuerza que opone un resorte y la gravedad de la armadura, la

cual es mvil. Cuando la intensidad de la corriente es lo suficientemente grande, la parte fija de la armadura atrae a la parte mvil, la cual se desplaza cerrando los contactos. Rels de induccin: Los rels de induccin son de tipo electromagntico, que emplea el mismo principio de operacin de los motores elctricos. El movimiento del rotor abre o cierra los contactos del rel. Rel tipo motor D.C.: En este tipo de rel de corriente continua se compara la accin de una corrientes contra la fuerza de oposicin de un resorte. Son Rels poco usados, debido a su baja confiabilidad Rel tipo motor A.C. Polos de Sombra: Este rel compara la accin de una corriente. contra la accin de un resorte. Los rel de disco tipo polos de sombra1 muy utilizado por su gran confiabilidad .

Rel tipo vatihormetro: Este tipo de rel es similar en cuanto a su operacin al rel de polos de sombra, por tanto el torque producido por las corrientes es dependiente del desfase entre las mismas. El rel cierra sus contactos cuando el torque es positivo. Rel de Copa o Tambor: Su construccin consiste en una jaula de ardilla, de gran nmero de barras que se transforma en un cilindro metlico, separado del material magntico del rotor para que s6lo gire la jaula, presentando as una poca inercia; el material ferromagntico, del rotor no gira. Esta construccin permite tener rels de mayores torques y menores inercias que la construccin de disco, en razn de que permite aumentar el rea actuante con un ligero aumento de la inercia. por cuanto no se aumenta el radio de giro, como ocurre en las construcciones tipo disco. Rels electrnicos:

Estos tipos de reles, son construidos con elementos de estado slido para ejecutar las mismas funciones que realizan los rels electromagnticos. Siendo la principal ventaja de estos rels su velocidad de operacin. Al igual que los otros tipos de rels su construccin puede ser muy variada dependiendo del uso que se le va a dar. Un tipo de construccin es el puente rectificador, comparador de fase, el cual suministra una salida en la bobina correspondiente, dependiente de la fase entre las corrientes que la alimentan. Dicha salida puede ser usada para restablecer o interrumpir circuitos iguales a los del rel electromagntico. Por su funcionamiento: Rels monoestables: Son rels que vuelven a la posicin de reposo una vez terminada la corriente de excitacin. Rels biestables: Son rels que permanecen en la ltima posicin una vez desconectada la corriente de excitacin. Rels neutros: Son rels en los que el sentido de la corriente de excitacin no afecta la posicin de reposo o trabajo. Rels polarizados: Son rels en los que el sentido de la corriente de excitacin influye en el trnsito de la posicin de reposo a la posicin de trabajo.

EL CONTACTOR Es un aparato de maniobra automtico con poder de corte, y que por consiguiente puede cerrar o abrir circuitos con carga o en vaci. Se le define como un interruptor accionado o gobernado a distancia por accin de un electroimn. Partes del contactor. Carcasa:

Soporte fabricado en material no conductor (plstico o baquelita) sobre el cual se fijan todos los componentes del contactor. Circuito electromagntico:

Est compuesto por unos dispositivos cuya finalidad es transformar la electricidad en magnetismo, generando un campo magntico lo ms intenso posible. Propiamente constituira el electroimn de un contactor. Bobina:

Es un arrollamiento de alambre, con un gran nmero de espiras, que al aplicrsele tensin crea un campo magntico. El flujo generado da lugar a un par electromagntico, superior al par resistente de los muelles de la armadura, atrayndolo hacia el ncleo Se construye con cobre electroltico, arrollndolo sobre una formaleta. La intensidad absorbida por la bobina, al ser energizada, es relativamente elevada, debido a que no existe en el circuito nada ms que la resistencia del conductor, por ser la reactancia mnima al tener el circuito electromagntico mucho entrehierro. Una vez cerrado el circuito magntico (cuando el ncleo atrae la armadura) aumenta la impedancia de la bobina, lo que reduce la corriente inicial a uno intensidad nominal baja. Ncleo:

El ncleo es una parte metlica, generalmente en forma de E, y que va fija en la carcasa Su funcin es concentrar y aumentar el flujo magntico que genera la bobina (colocada en la parte central del ncleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura. Se construye con una serie de lminas muy delgadas (chapas), ferro magnticas y aisladas entre s (pero que forman un solo bloque fuertemente unido), generalmente de hierro,con la finalidad de reducir al mximo los corrientes parsitas o de Foucoult (corrieres elctricas que circulan por el ncleo al estor sometidas a una variacin del flujo magntico, originando prdidas de energa por efecto joule). Armadura:

Elemento similar al ncleo, en cuanto a su construccin, pero que a diferencia de este es una port mvil, cuya finalidad principal es cerrar el circuito magntico,

cuando se energice la bobina, porque en estado de reposo debe estar separado del ncleo. Se aprovecha de esta propiedad de movimiento que tiene para colocar sobre el una serie de contactos (parte mvil del contacto) que se cerrarn o abrirn siempre que la armadura se ponga en movimiento. La armadura debe estar cubierta por un material aislante, para evitar que los diferentes contactos que se coloquen queden elctricamente unidos. Contactos:

Elementos que tienen por objeto cerrar o abrir una serie de circuitos. Un contacto est compuesto por dos partes fijas (ubicadas en la carcasa) y una parte mvil (sujeta en la armadura). Ordinariamente estn hechos de bronce fosforado, que es un buen conductor, tiene consistencia y al mismo tiempo cierta elasticidad. Normalmente en el punto en que se establece el contacto (extremos de la parte fija y mvil que deben unirse) se produce un arco elctrico al abrirse el circuito bajo carga, por lo que es necesario que dichos puntos tengan una mayor consistencia y dureza. Para lograr esto se construyen dichos puntos en materiales aleados a base de plata-cadmio, plata-nquel, plata-paladio, etc. Estas partes deben tener una gran resistencia al desgaste por erosin que produce el arco, tener buena resistencia mecnica, poca resistencia elctrica en el punto de contacto, no oxidable (el xido se constituye en material aislante) y no ser susceptible a pegarse o soldarse. Todas estas exigencias hacen que los contactos (especialmente en el punto de contacto) sean la parte ms delicada del contactor, y por consiguiente deben cuidarse con especial esmero, de manera que los circuitos que establecen funcionen normalmente. Una de las precauciones que ms debe cuidarse es la de hacerles un mantenimiento peridico, as como protegerlos del polvo, grasa, humedad, etc.

Funcionamiento del contactor: Cuando la bobina es recorrida por la corriente elctrica, genera un campo magntico intenso que hace que el ncleo atraiga a la armadura (parte mvil), de manera que al realizarse este movimiento, se cierran contemporneamente todos los contactos abiertos (tanto principales como auxiliares) y se abren los contactos cerrados. Para volver los contactos a su estado de reposo basta desenergizar la bobina. Ventajas en el uso de contactores: Posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes dbiles. . Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas. Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos (estaciones).

Seguridad del persona:, dado que se realizan las maniobras desde lugares alejados del motor . Automatizacin del arranque de motores.

Automatizacin y control en numerosas aplicaciones, con ayuda de los aparatos auxiliares de manso (llenado automtico de tanques de aguo, control de temperatura en los hornos, etc...

Eleccin de los contactores: Al elegir un contactor deben tenerse presente los siguientes factores: 1. Tensin y potencia nominales de la carga. 2. Clase de arranque del motor.

3. Nmero aproximado de accionamientos (conexiones por hora). 4. Condiciones de trabajo: ligera, normal, duro, extrema, etc. Tensin y frecuencia reales de alimentacin de la bobina. 5. Si es para el circuito de potencia o nicamente para el circuito de mando, o para ambos. 6. Tensin de aislamiento del contactor. Daos en los contactores: 1. El contactor no queda realimentado (auto sostenido). Puede estar originado por conductores interrumpidos en el circuito o bien por conexiones mal hechas en el contactor o en los pulsadores (contactos con conductores aislados, tornillos mal apretados, etc.) 2. Fallas en el contactor por: Calentamiento excesivo Desgaste prematuro Presin dbil de los resortes Contactos corridos o soldados

3. Fallas en la bobina por: Dao en la bobina por sobretensin, sobreintensidad o cortocircuito. Desconexin en los bornes por vibracin excesiva del circuito electromagntico Calentamiento excesivo (normalmente no debe pasar de 80 C).

4. Fallas en el circuito electromagntico: Falla mecnica de alguna de las partes que lo constituyen. Escasa fuerza magntica para atraer la armadura. Deficiencia en la desconexin (los resortes estn flojos). Circuito magntico ruidoso y vibracin excesiva.

ELEMENTOS DE MANDO Son todos aquellos aparatos que actan accionados por el operario. Los ms importantes son los pulsadores, selectores, manipuladores.

Se tiene una gran variedad de ellos, tanto por su apariencia y forma exterior, como por la funcin que van a realizar. Por su apariencia y forma exterior.

Pulsadores: Rasantes: que impiden maniobras involuntarias Salientes: de accionamiento ms cmodo. Son los ms usados De llave: para accionamientos de gran responsabilidad De seta: para accionamientos en situacin de emergencia Luminosos: con sealizacin incorporada

Selectores o interruptores giratorios: se encuentran a su vez en variedad de formas: simples, de maneta, de llave, etc. Manipuladores: de dos o cuatro posiciones Por la funcin que realicen. o Normalmente cerrado (NC): para abrir un circuito. o Normalmente abierto (NA): para cerrar un circuito o De desconexin mltiple: para abrir varios circuitos independientes o De conexin mltiple: para cerrar varios circuitos independientes o De conexin-desconexin: para abrir un circuito y cerrar otro al mismo tiempo. o De conexin-desconexin mltiple: para abrir y cerrar varios circuitos contemporneamente. Respecto a los de conexin-desconexin (sencilla o mltiple) debemos tener un cuidado especial por cuanto la apertura y cierre de los circuitos pueden efectuarse de diferentes maneras

ELEMENTOS AUXILIARES DE MANDO

Son aparatos que, a diferencia de los pulsadores, no son accionados por el operario, sino por otros factores, como son tiempo, temperatura, presin, accin mecnica, etc., y que regularmente son de ruptura brusca. La combinacin de contactores, elementos de mando y auxiliares de mando, darn lugar a instalaciones totalmente automatizadas.

Finales de carrera o interruptores de posicin. Son aparatos destinados a controlar la posicin de una parte en una mquina o la misma mquina. En cuanto a los contactos, tienen uno cerrado y uno abierto y se comportan exactamente como los de un pulsador de conexin-desconexin (b). Su aplicacin va dirigida a la parada o inversin del sentido de desplazamiento de las mquinas, por lo que se convierten en dispositivos de los que depende la seguridad de la mquina, el material y el mismo personal. Al actuar una fuerza mecnica por lo regular un elemento de la misma mquina, actua sobre la parte saliente del interruptor de posicin, desplazando los contactos por lo que se abren o cierran determinados circuitos. De acuerdo con el tipo de accionamiento mecnico que se ejercer sobre l, se eligen los de pistn, bola, roldana, resorte, etc. Entre los interruptores de posicin podemos citar tambin los interruptores accionados por boya. Una modalidad de estos elementos auxiliares de mando son los microrruptores. Se denominan as por ser de pequeas dimensiones y se emplean como conmutadores de corriente del circuito de mando para fuerzas de accionamiento mnimas o pequeos desplazamientos.

Los interruptores de posicin o finales de carrera se caracterizan por: Lo apertura y cierre de sus contactos debe ser muy rpida (corte brusco), aun para movimientos lentos. Una duracin mecnica y elctrica mximas Un fcil ajuste y conexin Rels de tiempo o temporizadores. Son aparatos que cierran o abren determinados contactos (contactos temporizados) al cabo de un tiempo, debidamente establecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentacin. Es muy importante no confundir los contactos temporizados con los contactos auxiliares NO TEMPORIZADOS que puede tener un temporizador, y que actuaran tan pronto se energice este.

Existen dos grupos de temporizadores: 1. Al trabajo: si sus contactos temporizados actan despus de cierto tiempo de haber sido energizado. 2. Al reposo: sus contactos temporizados actuaran solamente despus de cierto tiempo de que el temporizador haya sido desenergizado. Los temporizadores segn la tcnica de construccin y funcionamiento, pueden ser: 1. Temporizadores con mecanismo de relojera: cuando el retardo se consigue por un mecanismo de relojera, a base de engranajes, que actan accionados por un pequeo motor; con embrague electromagntico, de manera que al cabo de cierto tiempo de funcionamiento del motor, entra en accin el embrague y se produce la apertura o cierre del circuito de mando. 2. Temporizadores electrnicos: sistemas basados en circuitos electrnicos y que presentan una gama muy extensa en cuanto a valores y precisin de tiempo. Su uso se ha ido extendiendo rpidamente, especialmente en aquellos dispositivos en los cuales la precisin es fundamental.

3. Temporizadores neumticos: el retardo de sus contactos temporizados se obtiene por el movimiento de una membrana, en fundn de una entrada regulable de aire, por accin de una bobina.. Presostatos Son aparatos que accionan circuitos elctricos, al transformar cambios, de presin de instalaciones neumticas o hidrulicas, en seales elctricas. Pueden ser de membrana o sistema tubular. Termostatos Son aparatos que abren o cierran circuitos en funcin de la temperatura que los rodea (no deben confundirse con los Rels trmicos). Segn el principio de funcionamiento pueden ser de lminas bimetlicas y de tubo capilar. De lminas bimetlicas: se basan en la accin de la temperatura sobre una placa, compuesta por dos metales de diferente coeficiente de dilatacin, que se curva al elevarse la temperatura, hasta llegar a abrir o cerrar los contactos del circuito de mando. De tubo capilar: aprovecha la; variaciones de presin de un fluido alojado en un tubo delgado, al variar la temperatura. La variacin de presin acta por medio de un tubo ondulado sobre un interruptor elctrico que conecta, al subir o bajar la temperatura.

Para cada gama de temperatura se utilizan diferentes tubos, como son el tubo capilar o en bulbo especial. Detectores de proximidad. Son dispositivos electrnicos empleados para el control de presencia, ausencia, fin de recorrido, etc., sin necesidad de entrar en contacto directo con las piezas. Se emplean cuando los velocidades de ataque y funcionamiento son elevadas, el entorno exterior de los piezas es severo, existe presencia de polvos, aceite de corte, agentes qumicos, humedad, vibracin, choque, etc., o cuando las piezas son pequeas o frgiles. Estas caractersticas hacen que su uso sea muy til en mquinas de ensamblaje, mquinas herramientas, mquinas transportadoras, prensas, etc.

Detectores de proximidad inductivos: se usan para objetos metlicos. Se basan en la variacin de un campo electromagntico al acercarse un objeto metlico. Detectores de proximidad capacitivos: se emplean para objetos de cualquier naturaleza. Su principio de funcionamiento radica en la variacin de un campo elctrico al acercarse un objeto cualquiera. Detectores fotoelctricos. Son dispositivos electrnicos compuestos esencialmente de un emisor de luz asociado a un receptor fotosensible. Pata detectar un objeto, es suficiente que este interrumpa o haga variar la intensidad del haz luminoso. Detectores fotoelctricos de barrera: son dispositivos en los cuales el emisor y detector estn separados. Se usan particularmente para alcances largos, o en la deteccin de objetos cuyo poder reflexivo no permiten la utilizacin del sistema reflex. Detectores fotoelctricos tipo reflex: en este sistema el emisor y el receptor van incorporados en un mismo dispositivo. El retorno del haz de luz se obtiene mediante un reflector montado frente al detector. Detectores fotoelctricos de proximidad: en este caso tambin el emisor y receptor estn incorporados en uno misma caja. El haz de luz, en este caso, es parcialmente reflejado haca el receptor por cualquier objeto que se encuentre en su proximidad.

ELEMENTOS DE SEALIZACIN Son todos aquellos dispositivos, cuya funcin es llamar la atencin sobre el correcto funcionamiento o paros anormales de las mquinas, aumentando as la seguridad del personal y facilitando el control y mantenimiento de los equipos.

Clases de sealizaciones. Acsticas: son seales perceptibles por el odo. Entre las ms usadas figuran los timbres, zumbadores o chicharras, sirenas, etc.

pticas: son seales perceptibles por la vista. Existen dos clases: *visuales: si se emplean ciertos smbolos indicativos de la operacin que se est realizando. *luminosas: nicamente se emplean lmparas o pilotos, de colores diferentes. De acuerdo a la complejidad y riesgo en el manejo de los equipos, se pueden emplear, al mismo tiempo, sealizaciones visuales y luminosas, e incluso en casos especiales sealizaciones pticas y acsticas contemporneamente. Conexionado de los elementos de sealizacin. Sealizaciones de marcha: se usa para indicar que un equipo se ha puesto en funcionamiento. Sealizacin de paro de emergencia, originado por sobrecargas: para el efecto se utiliza el contacto normalmente abierto del rel trmico, el cual al cerrarse, a consecuencia de la sobrecarga, acta sobre el elemento de sealizacin energizndolo. ELEMENTOS DE PROTECCIN Son dispositivos cuya finalidad principal es proteger el motor y el mismo circuito, contra posibles daos producidos especialmente por el paso de intensidades muy altas de corriente. Debe tenerse presente que el contactor no es por si solo un elemento de proteccin del circuito, al que permite el paso de corriente, sino un aparato de maniobra de dicho circuito. Para que un contactor cumpla funciones de proteccin es necesario que se le aada otro dispositivo denominado rel de proteccin. Estos se fabrican en una extensa gama, tanto por la diversidad de tipos, como de procedimientos para proteger. Algunas de las irregularidades que se pueden producir en las condiciones de servicio de una maquina o motor son: 1. Sobrecarga, por parte de la mquina accionada por el motor. 2. Disminucin de la tensin de red, que puede dar lugar o sobrecargas. 3. Gran inercia de las partes mviles, que hacen funcionar el motor sobrecargado en el periodo del arranque.

4. Excesivas puestas en marcha por unidad de tiempo. 5. Falta de una fase, haciendo que el motor funcione slo con dos fases. 6. Calentamiento de la mquina originado por una temperatura ambiente elevada. En estos u otros casos similares, los elementos de proteccin desconectarn el circuito de mando, desconectndose lgicamente el circuito de alimentacin de la mquina o motor, evitando de esta manera que se daen o disminuyan su duracin. Rels trmicos. Son elementos de proteccin (debe usarse una por fase) contra sobrecargos, cuyo principio de funcionamiento se basa en la deformacin de ciertos materiales (bimetales) bajo el efecto del calor, paro accionar, a una temperatura determinada, sus contactos auxiliares que desenergicen todo el sistema. El bimetal est formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatacin soldados entre s. Es muy comn el uso de hierro y nquel en composiciones de 20% y 80% o 75% y 25% respectivamente. El calor necesario para curvar la lmina bimetlica es producido por unas resistencias, arrolladas alrededor del bimetal que se encuentra cubierto por una capa de asbesto, a travs de los cuales circula la corriente que va de la red al motor. El bimetal puede emplearse como parte de la resistencia calefactora, o simplemente como conductor. Los bimetales empezaran a curvarse cuando la corriente sobrepase un valor nominal para el cual se construyeron las resistencias, empujando una placa de fibra (material muy consistente, aislante elctrico y resistente al calor) hasta que provoque la apertura y cierre de sus contactos auxiliares que desenergicen la bobina y energicen el elemento de sealizacin respectivamente. El tiempo de desconexin depende de la intensidad de la corriente que circule por las resistencias. Naturalmente el tiempo debe ser tal, que no ponga en peligro el aislamiento de las bobinas del motor, ni se produzcan desconexiones innecesarias, por lo cual estn regulados normalmente de acuerdo a la intensidad nominal (In).

Una vez que los rels trmicos hayan actuado se rearman empleando dos sistemas: *Rearme manual: debe emplearse este sistema siempre que se tengan circuitos con presostatos, termostatos, interruptores de posicin o elementos similares, con el objeto de evitar una nueva conexin en forma automtica al bajar la temperatura del bimetal. *Rearme automtico: se emplear exclusivamente en casos en que se usan pulsadores para la maniobra, de manera que la reconexin del contactor no pudo producirse despus del enfriamiento del bimetal, sino nicamente volviendo a accionar el pulsador. En casos especiales, en que la corriente pico de arranque es muy alta, se pueden usar rels trmicos de accin retardada, cortocircuitar el rel durante ese tiempo, o bien hacer uso de transformadores de intensidad. La solucin para el caso en que la frecuencia de maniobras sea elevada, es regular el rel por encima de la intensidad nominal, pero nicamente hasta ciertos valores, ya que de lo contrario la garanta de proteccin y eficiencia del rel ser muy pequea. La verificacin del rel en el lugar de utilizacin es a menudo necesario, sin embargo sta es discutible en vista de la precisin de estos aparatos y los medios de verificacin insuficientes. El mtodo, bastante extendido, de hacer funcionar el motor en vaco y en dos fases es errneo, si se quiere juzgar la precisin de un rel en funcin del tiempo que emplea para desconectar, ya que bajo este rgimen el motor absorbe poca corriente. Por otra parte la desconexin sera intil al estar en peligro el motor. Es ms vlida la verificacin si se hace girar el motor a plena carga con solo dos fases o se le bloquea. En el primer caso la desconexin debe realizarse en algunos minutos, y en el segundo en algunos segundos. La regulacin de un rel es correcta si corresponde exactamente la intensidad nominal del motor, salvo las excepciones expuestas anteriormente. Una regulacin demasiado baja impide desarrollar la potencia total del motor, y una regulacin alta no ofrecer proteccin completa si se producen las sobrecargas.

Rel trmico diferencial. En un sistema trifsico, cuando falla una fase o hay desequilibrio la red, el motor seguir funcionando, pero con el peligro de que las bobinas, por circular corrientes superiores a la nominal por las otras dos fases. En este caso la proteccin del rel trmico, aunque est bien elegido y regulado, no es suficiente, por lo que es necesario recurrir a un dispositivo denominado rel trmico diferencial. Su funcionamiento se basa en la diferencia de curvatura de los tres bimetales en un rel trmico normal al fallar una fase, para lo cual se emplean dos regletas (placas de fibra) que detectan esta diferencia de curvatura de los bimetales y actan sobre los contactos auxiliares del rel, interrumpiendo inmediatamente el circuito de mando. La desconexin ser tanto mas rpida , cuando mayor diferencia de curvatura exista entre los bimetales. Rels termomagnticos Al igual que los rels trmicos, son aparatos destinados a proteger motores contra posibles sobrecargas. Est formado por un ncleo horizontal sobre el cual se han bobinado dos arrollamientos de alambre: un primario, por el que circula la Corriente de control, y un secundario cuyos extremos est unido un bimetal. Cuando la corriente de control pasa por el bobinado primario, crea un campo magntico que, por una parte tiende a atraer una lmina flexible hacia el ncleo, y por otra induce en el bobinado secundario una corriente (actuando como un pequeo transformador) que la recorre y caliente el bimetal. Disparo diferido del trmico. Si la corriente sobrepaso el valor ajustado, el bimetal se calienta y se deforma, dejando libre, despus de cierto tiempo, un tope (unido a la lmina y que bloquea el bimetal). La unin tope-lmina se flexiona y una palanca acta sobre el eje de transmisin, provocando la apertura de un contacto colocado en el interior de una caja. El rearme se puede realizar solamente cuando el bimetal se enfre suficientemente. Disparo instantneo del trmico.

Si la corriente adquiere rpidamente un valor elevado (superior a 10 In), antes que el bimetal se deforme lo necesario para liberar el tope, la atraccin magntica sobre la lmina es mas fuerte que el resorte que lo mantiene contra el tope, de manera que se pega al ncleo, y por consiguiente la palanca actuar sobre el eje de trasmisin provocando la apertura del contacto que se encuentra en la caja, como en caso de disparo diferido.

Rels electromagnticos. Sirven para la proteccin de circuitos contra fuertes sobrecargas. La desconexin se efectuar instantneamente. Su funcionamiento est basado en la fuerzo producido por un electroimn sobre una armadura metlica (similar a la del contactor). Cuando la corriente, que absorbe el motor, es muy superior a la normal (nominal la bobina del electroimn crea un fuerte campo magntico, suficiente para ejercer una fuerza de atraccin capaz de vencer el efecto muelle contrario. Unidos a la armadura estn los contactos del circuito de mando dando lugar por tanto a lo apertura del circuito, cuando la armadura se mueve. Al interrumpirse el circuito de alimentacin, el rel vuelve a su posicin de reposo por accin del muelle. Rel electromagntico diferencial. Es una modalidad del anterior. Se llama as porque en realidad acta en funcin de la diferencia de corrientes entre fases, lo cual se presentara siempre que existan derivaciones a tierra (fugas) en cualquiera de las fases. Este rel dispone de un circuito magntico en forma toroidal sobre el que se bobinan, en el mismo sentido, los conductores de las tres fases. En condiciones normales la suma geomtrica de las corrientes de las tres fases es nula y no hay flujo resultante. Solamente cuando se presenta una corriente de fuga a tierra, y este alcance el valor de sensibilidad del aparato, habr un flujo resultante. Este flujo induce en la bobina una corriente que anular el efecto del imn, hacindose un contacto (por consiguiente el circuito total) por accin de un resorte. La sensibilidad de estos dispositivos vara generalmente de 30 mA a 500 mA, segn el grado de proteccin que se requiera.

SIMBOLOGA ELCTRICA. NORMAS ANSI Y DIN COMPONENTES DE SALIDA

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