Fundamentos de Los Sistemas de Control

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Para inicio en el control electrico

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Fundamentos de los sistemas de

controlDesde la instauracin de la produccin en serie, la mquina se ha convertido en una parte vital de nuestra economa. Al principio las mquinas fueron gobernadas principalmente a mano a impulsadas desde un eje comn de transmisin o de lnea. Este eje de transmisin estaba impulsado por un motor grande que funcionaba continuamente y accionaba cada una de las mquinas mediante una correa cuando era necesario. Se comprende fcilmente que este equipo de transmisin de potencia no se prestase a un nivel elevado de produccin.

Con la demanda de mayor produccin, la mquina adquiri un nuevo aspecto.

Se prescindi del eje de transmisin y se introdujo el motor elctrico en cada mquina individualmente. Este cambio permiti realizar con ms frecuencia y ms rpidamente los arranques, paradas a inversiones de la mquina. Una pequea mquina poda tener un pequeo motor de alta velocidad, mientras una gran mquina contigua poda tener un motor grande de velocidad constante o variable. En otras palabras, el taller de mquinas o la factora lleg a ser flexible. Al acoplar el motor de accionamiento directamente a una sola mquina del equipo, se hizo posible introducir algunas operaciones automticas.

Actualmente, en nuestras plantas industriales, es cada vez mayor l nmero de mquinas que trabajan de modo completamente automtico. El operador se limita a iniciar el proceso, y la mayora de todas las otras operaciones se realizan automticamente. El funcionamiento automtico de una mquina se obtiene exclusivamente por la accin del motor y del control de la mquina.

Algunas veces este control es totalmente elctrico y otras veces es una combinacin de control mecnico y elctrico. Sin embargo los principios bsicos quo se aplican son los mismos.

Una mquina moderna se compone de tres partes distintas que es necesario considerar. Primero, la mquina propiamente dicha, que est proyectada para realizar una determinada tarea o un tipo de trabajo. Segundo, el motor, que es seleccionado de acuerdo con los requisitos de la mquina en cuanto a carga, ciclo de servicio y tipo de funcionamiento. Tercero, el sistema de control, que es el que principalmente interesa en este libro. El sistema de control est supeditado a los requisitos de funcionamiento del motor y de la mquina. Si nicamente es necesario que la mquina arranque, funcione durante algn tiempo, y se pare, el control necesario puede quedar reducido a un simple interruptor de palanca. Pero si es necesario que la mquina arranque, realice varias funciones automticas, se pare durante algunos segundos, y luego repita el ciclo, requerir varias unidades integradas de control.

El propsito de este libro es presentar los principios bsicos y los componentes del control y luego explicar cmo deben ser asociados para constituir un sistema de control.

1. Definicin de Control

Qu es un control de motor? Es una pregunta que no tiene respuesta sencilla.

Sin embargo no implica la misteriosa y complicada cuestin que vulgarmente se cree. La palabra control significa gobierno, mando o regulacin. As, cuando hablamos de control de un motor o mquina, nos referimos al gobierno, mando o regulacin de las funciones de dicho motor o mquina. Aplicados a los motores, los controles realizan varias funciones, tales como las de arranque, aceleracin, regulacin de velocidad, regulacin de potencia, proteccin, inversin y parada.

Cada elemento del equipo utilizado para regular o gobernar las funciones de una mquina o un motor se llama componente de control.Un controlador elctrico es un dispositivo o grupo de dispositivos que controla o regula las funciones de un motor o una mquina de manera predeterminada o en un orden de sucesin o secuencia asimismo predeterminada.Control Manual

El control manual es una forma de mando o regulacin que se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que est situado el dispositivo de control. El ms sencillo y conocido es probablemente el arrancador manual de pequeos motores a tensin nominal. Se utiliza frecuentemente este arrancador donde slo es necesario la funcin de control para la puesta en marcha y parada del motor. Probablemente la principal razn de la popularidad de esta unidad es que su coste es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagntico equivalente. El arrancador manual proporciona generalmente proteccin contra la sobrecarga, pero no proteccin contra baja tensin. Fig. 1 Control manual de un motor.El control manual que provee las mismas funciones que las obtenidas por el arrancador manual de motor a plena tensin se puede obtener utilizando un interruptor con fusible del tipo de accin retardada, que proporciona la proteccin del motor contra sobrecargas.

Abunda mucho este tipo de control en talleres pequeos de metalistera y carpintera, en que se utilizan pequeas mquinas de taladrar, tornos y mquinas para roscar tubos. Tambin se utiliza en los ventiladores de extraccin instalados en salas de mquinas y utilizados en ciertos procesos industriales. En estas instalaciones el operador o el operario encargado del mantenimiento, empuja generalmente el botn de puesta en marcha del ventilador por la maana cuando se abre el taller, y continua funcionando durante todo el da. Por la noche, o cuando se cierra el taller, el operador empuja el botn parada, y el ventilador deja de funcionar hasta que se le necesita nuevamente. Las mquinas de soldar del tipo de motor-generador son un ejemplo de esta clase de control y sern conocidas de la mayora de estudiantes del control de motores.El arranque manual a tensin reducida mediante autotransformador se emplea extensamente para controlar los motores polifsicos de jaula en los que se requiere el arranque a tensin reducida siendo las funciones necesarias de control solamente las de arranque y parada. Este tipo de arrancador suele llevar incorporada proteccin contra la sobrecarga, desenganche por tensin nula y proteccin contra baja tensin. Los autotransformadores para el arranque a tensin reducida, se utilizan generalmente en los motores de gran potencia, siendo frecuente su uso junto con un combinador de tambor con resistencias conectadas al rotor en los motores que accionan turbocompresores usados en equipos de acondicionamiento de aire. El arranque a tensin reducida permite al motor vencer la inercia del turbocompresor durante el perodo de arranque sin absorber una intensidad excesiva. El combinador de tambor junto con las resistencias permite regular la velocidad de un motor de rotor bobinado, que acoplado al turbo compresor permite variar el caudal de aire acondicionado, confirindole una flexibilidad que no sera posible obtener con una instalacin de velocidad constante.Existen algunos controladores manuales cuya clasificacin presentara alguna dificultad a causa de que realizan tambin funciones de control que no son automticas. El control manual se caracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botn para que se efecte cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la mquina o del equipo en cuestin.Control Semiautomtico

Los controladores que pertenecen a esta clasificacin utilizan un arrancador electromagntico y uno o ms dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos anlogos. Probablemente los mandos ms utilizados son los cuadros de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente econmica. El control semiautomtico se emplea principalmente para facilitar las maniobras de mando y dar flexibilidad a las maniobras de control en aquellas instalaciones en las que el control manual no es posible.

La clave de la clasificacin como sistema de control semiautomtico es el hecho de que los dispositivos piloto son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagntico. Probablemente hay ms mquinas manipuladas por control semiautomtico que por control manual o automtico. Este tipo de control requiere un operador que inicie cualquier cambio en la posicin o condicin de funcionamiento de la mquina. Mediante el uso del arrancador electromagntico puede realizarse este cambio desde un lugar o puesto de trabajo cmodo o necesario, lo que no es posible con el control manual que debe maniobrarse en el mismo lugar en que est situado el arrancador.

Fig. 2 Control Semiautomtico

Control Automtico

Un control automtico est formado fundamentalmente por un arrancador electromagntico o contactor cuyas funciones estn controladas por uno o ms dispositivos piloto automticos. La orden inicial de marcha puede ser automtica, pero generalmente es una operacin manual, realizada en un panel de pulsadores o interruptores.

En algunos casos puede haber una combinacin de dispositivos manuales y automticos en un circuito de control. Si el circuito contiene uno o ms dispositivos automticos, debe ser clasificado como control automtico. Por ejemplo, consideremos un depsito que debe mantenerse lleno de agua entre lmites definidos y una bomba para reponer el agua cuando sea necesario. Si equipamos el motor de la bomba con un arrancador manual y utilizamos un operario para que lo accione cuando sea necesario, tendremos un control manual. Supongamos que ahora sustituimos el arrancador manual por un arrancador electromagntico y disponemos un panel de pulsadores en el pupitre del capataz. Si mediante un timbre se le avisa cuando el agua ocupa el nivel inferior y el nivel superior, a la vez que realiza su propio trabajo, tambin podr control semiautomtico. Supongamos ahora que instalamos un interruptor de flotador que cierra el circuito cuando el agua llega al nivel bajo previamente determinado y lo abre cuando alcanza el nivel alto tambin predeterminado.

Cuando el agua llega al lmite inferior, el interruptor del flotador cerrar el circuito y pondr en marcha al motor. El motor funcionar hasta que el agua alcance el nivel superior, y en este instante el interruptor de flotador abrir el circuito y parar el motor. Esto sera un control automtico.

Muchas veces se cree que un sistema automtico resultar ms caro que cualquiera de los otros dos, pero si se tiene en cuenta que se ahorra el trabajo de un operario, bien puede resultar este mtodo ms ventajoso. Tambin se tendr en cuenta que el control automtico resultar ms exacto a causa de que no hay retraso entre el instante en que el agua llega al nivel deseado y el cierre o la apertura del circuito de control.

Los sistemas automticos de control se encuentran en casi todas las instalaciones de mquinas herramienta. Las prensas, las fresadoras, las limadoras, los tornos revlver, mquinas herramienta de precisin y casi todas las mquinas actuales de use comn, en que se emplean interruptores limitadores y otros dispositivos automticos, realizan sus operaciones con ms rendimiento y ms rpidamente gracias al use de sistemas automticos de control.Control de la puesta en marcha de

motoresLos circuitos y equipos de control pueden realizar funciones diversas. Pueden ser agrupados en 11 tipos generales de acuerdo con el tipo de control que ejercen sobre el motor. Cada uno de los tipos generales puede ser subdividido en innumerables variantes, pero todas ellas tienen algunos principios fundamentales comunes que, si se comprenden, son la clave del trabajo de control. El propsito de este captulo es presentar estos principios en un lenguaje lo ms claro posible.Puesta en Marcha de un Motor

En la seleccin del equipo para la puesta en marcha de un motor deben ser tenidos en cuenta varios factores generales. Los ms obvios de ellos son la corriente, la tensin y la frecuencia nominales del motor y de los circuitos de control. Los motores necesitan proteccin de acuerdo con el tipo de servicio, tipo de motor y funciones de control que requieren.

El que se emplee un control de arranque a tensin nominal o uno a tensin reducida puede depender de la capacidad de corriente de la instalacin de la planta y de las lneas de la compaa distribuidora de energa, as como de las tarifas. Otros factores tales como mandos para servicio intermitente, control de velocidad o el tipo de motor utilizado, tambin afectarn esta seleccin.

Arranque a tensin nominal. - El requisito de este tipo de arranque es simplemente la conexin directa del motor a la lnea de alimentacin.Esto se puede conseguir sencillamente utilizando un interruptor de cuchillas, pero este mtodo slo permite la proteccin del motor mediante fusibles.

Para pequeos motores de potencia fraccionaria en circuitos de baja intensidad, un simple interruptor puede ser satisfactorio, utilizndose frecuentemente. En muchos aparatos no se emplea ms que el cordn y la clavija como medios seccionadores, junto con un pequeo interruptor para poner en marcha y parar el motor. A causa de que el motor no queda desconectado de la lnea en el caso de que falte en ella la energa, este tipo de control de arranque puede ser utilizado, por su economa, en el caso de ventiladores y otros dispositivos que no peligran si se ponen nuevamente en marcha al restaurarse la energa.

Con motores de hasta 7 CV y tensin no mayor de 600 voltios se puede emplear el arrancador manual de conexin del motor directamente a la lnea. La mayora de estos arrancadores tambin renen las condiciones de proteccin contra la sobrecarga y subtensiones.El arrancador que ms se emplea para motores de hasta 600 CV y 600 voltios o menos es el que dispone de un contactor electromagntico para realizar la conexin directa del motor a lnea. Este arrancador, combinado con dispositivos piloto, puede proporcionar una absoluta proteccin del motor y un funcionamiento completamente automtico.

La inmensa mayora de motores se construyen actualmente de modo que soporten la sobreintensidad que se produce cundo se emplea el arranque a tensin nominal. Sin embargo no todas las lneas de plantas industriales ni todos los equipos de las compaas distribuidoras de energa elctrica pueden soportar dichas sobreintensidades. Cuando un motor de gran potencia arranca a plena tensin, puede originar una cada de tensin que sea suficiente para impedir el funcionamiento perfecto del equipo de control. Si la cada de tensin es considerable, puede ser causa de la disminucin de intensidad en el alumbrado de otras plantas conectadas a la misma red.

En la mayora de instalaciones industriales la compaa penaliza, en forma de tarifas ms altas, las sobreintensidades excesivas en la lnea mediante el uso de un medidor de mximo consumo. Este medidor registra la mxima potencia media suministrada durante un perodo dado de tiempo, generalmente 15 minutos. Este factor debe ser siempre tenido en cuenta cuando se decide la adopcin del mtodo de arranque para motores de gran potencia. El costo adicional de la energa registrada por estos contadores durante el arranque de los motores de gran potencia mediante arranque a tensin...

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