Curso Mando Por Contactores

Detectores fotoeléctricos n

n

n

Los detectores de proximidad necesitan que el objeto a detectar se encuentre relativamente próximo. Los detectores fotoeléctricos o fotocélulas, pueden detectar objetos de cualquier índole y a grandes distancias. Pueden ser: n

Según su disposición: n n n

n

Según su funcionamiento: n n

J. Temprado

De barrera De reflexión De proximidad Función “luz” Función “sombra” Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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Contactor (Relé) n

n

n

Elemento mecánico de conexión con una sola posición de reposo, accionado generalmente mediante electroimán. Debe ser capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente que circula por el circuito en condiciones normales de funcionamiento. Debe soportar las condiciones de sobrecarga de servicio (arranque de motores), pero no otras (cortociruitos).

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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6

EL CONTACTOR .-

Autor: Enrique Vilches

Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo dichos contactos. Partes de que está compuesto:

Aspecto físico:

- Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia. - Contactos auxiliares: 13-14 (NO) Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad que los principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto. - Circuito electromagnético: Consta de tres partes.1.- El núcleo, en forma de E. Parte fija. 2.- La bobina: A1-A2. 3.- La armadura. Parte móvil. Símbolo:

Elección del Contactor: Cuando se va a elegir un Contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente: - Tensión de alimentación de la bobina: Esta puede ser continua o alterna, siendo esta última la más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V o 220 V. - Número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un Contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro. - Corriente que consume el motor de forma permanente (corriente de servicio). Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas características de los Contactores en función del modelo.

1

Constitución de un contactor n

Electroimán: elemento motor del contactor n n

n

Polos: elementos encargados de establecer e interrumpir la corriente del circuito de potencia. n

n

Circuito magnético: parte móvil + fija. Bobina: diferente configuración para C.C. y para C.A. (anillo de desfase).

El Según su número pueden ser bipolar, tripolar o tetrapolar.

Contactos auxiliares: se utilizan en el circuito de mando y para señalización. n

n

Instantáneos: NC, NA o una combinación de ambos. Temporizados. J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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Tipos de contactores n

n

n

Principales: disponen de contactos de potencia (polos). A veces incluyen algunos contactos auxiliares. Si es necesario, se les pueden acoplar bloque de contactos auxiliares. Auxiliares: solo disponen de contactos de pequeña potencia, utilizados en los circuitos de mando y señalización. Relés: no tienen contactos de potencia.

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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7

Bloques de contactos auxiliares n

Puede aumentarse el número de contactos auxiliares de un contactor, mediante el acoplamiento de bloques de contactos auxiliares. Sus contactos cambian simultáneamente con los del propio contactor.

J. Temprado

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Soplado magnético n

Cuando la intensidad a través de los contactos es superior a 1 Amp. y principalmente con cargas inductivas, en la apertura de los contactos se produce un arco eléctrico. n

n

n

n

El aire se ioniza y se vuelve conductor. Causa problemas por las altas temperaturas. Prolonga la conexión después de abierto.

Se reduce el efecto con aletas de desionización. n n

Alargan el arco (soplado magnético). Disminuyen la temperatura al disminuir la tensión en el contacto.

J. Temprado

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8

Contactor fuerza motriz de elevada tensión y potencia.

1 Conmutación “todo o nada” La función conmutación todo o nada a menudo establece e interrumpe la alimentación de los receptores . Esta suele ser la función de los contactores electromagnéticos. En la mayoría de los casos, el control a distancia resulta imprescindible para facilitar la utilización así como la tarea del operario que suele estar alejado de los mandos de control de potencia. Como norma general, dicho control ofrece información sobre la acción desarrollada que se puede visualizar a través de los pilotos luminosos o de un segundo dispositivo. Estos circuitos eléctricos complementarios llamados “circuitos de esclavización y de señalización” se realizan mediante contactos auxiliares que se incorporan a los contactores, a los contactores auxiliares o a los relés de automatismo, o que ya están incluidos en los bloques aditivos que se montan en los contactores y los contactores auxiliares. La conmutación todo o nada también puede realizarse con relés y contactores estáticos. Del mismo modo puede integrarse en aparatos de funciones múltiples, como los disyuntores motores o los contactores disyuntores.[1]

Contactor.

Un contactor es un componente Electromecaníco que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de “todo o nada”. En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.

2 Partes 2.1 Carcasa Es el soporte fabricado en material no conductor que posee rigidez y soporta el calor no extremo, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor. además es la presentación visual del contactor.

Si bien constructivamente son similares a los relés, no son lo mismo. Su diferencia radica en la misión que cumple cada uno: ambos permiten controlar en forma manual o automática, ya sea localmente o a distancia toda clase de circuitos, pero mientras que los relés controlan corrientes de bajo valor como las de circuitos de alarmas visuales o sonoras, alimentación de contactores, etc; los contactores se utilizan como interruptores electromagnéticos en la conexión y desconexión de circuitos de iluminación y

2.2 Electroimán Es el elemento motor del contactor, compuesto por una serie de dispositivos, los más importantes son el circuito magnético y la bobina; su finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando así un campo magnético muy intenso, que provocará un movimiento mecánico. 1

2

2.3

2

Bobina

PARTES

Las características del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito magnético, se realicen de forma muy rápida, alrededor de unos 10 milisegundos. Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no logrará atraer a la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez necesaria.

Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado con un gran número de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético. Éste a su vez produce un campo electromagnético, superior al par resistente de los muelles, que a modo de resortes separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. Cuando una bobina se alimenta con corriente alterna la intensidad absorbida por ésta, denominada corriente de llamada, es relativamente elevada debido a que en el circuito solo se tiene la resistencia del 2.7 conductor.

Contactos

Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura y vencer la resistencia mecánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que el circuito magnético se cierra, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce, obteniendo así una corriente de mantenimiento o de trabajo más baja. Se hace referencia a las bobinas de la siguiente forma: A1 y A2.

2.4

Núcleo

Es una parte metálica, de material ferromagnético, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcasa.Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.

2.5

Espira de sombra

Se utiliza para evitar las vibraciones en un contactor. Se la coloca de tal manera que abrace parte del campo magnético de la fuerza de atracción que une el hierro fijo con el hierro móvil. Cuando se opera con corriente alterna esta fuerza de atracción desaparece debido a los ciclos de la corriente, generando que el hierro móvil se desprenda y se vuelva a pegar al hierro fijo generando vibraciones. Para evitar esto la espira de sombra desfasa en el tiempo parte del flujo magnético, lo que a su vez desfasa en el tiempo la fuerza de atracción obteniéndose 2 fuerzas que trabajan en conjunto para evitar las vibraciones. En caso de operar con corriente continua no es necesario utilizar espira de sombra debido a que en continua el flujo magnético es constante lo cual no genera vibraciones.

2.6

Armadura

Elemento móvil, cuya construcción es similar a la del núcleo, pero sin espiras de sombra. Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizadas la bobinas, ya que debe estar separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina cota de llamada.

Simbología de polos(arriba) y Contactos Auxiliares(abajo).

Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la bobina se energice. Todo contacto está compuesto por tres conjuntos de elementos: • Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura para establecer o interrumpir el paso de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva el mencionado resorte que garantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes. • Contactos principales: su función es establecer o interrumpir el circuito principal, consiguiendo así que la corriente se transporte desde la red a la carga. Simbología: se referencian con una sola cifra del 1 al 6. • Contactos auxiliares: son contactos cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas. Los tipos más comunes son: • Instantáneos: actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor, se encargan de abrir y cerrar el circuito.

3 • Temporizados: actúan transcurrido un tiempo determinado desde que se energiza la bobina (temporizados a la conexión) o desde que se desenergiza la bobina (temporizados a la desconexión). • De apertura lenta: el desplazamiento y la velocidad del contacto móvil es igual al de la armadura. • De apertura positiva: los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir cerrados en ningún momento.

de las bobinas.

3 Funcionamiento Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías.

Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos, NA, En su simbología aparecen con dos cifras donde la unidad y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar indica: del contactor y aseguran las autoalimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los • 1 y 2, contacto normalmente cerrados, equipos de automatismo. NC. Cuando la bobina del contactor queda excitada por la cir• 3 y 4, contacto normalmente abiertos, culación de la corriente, esta mueve el núcleo en su inteNA. rior y arrastra los contactos principales y auxiliares, esta• 5 y 6, contacto NC de apertura temporibleciendo a través de los polos, el circuito entre la red y zada o de protección. el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser: • 7 y 8, contacto NA de cierre temporizado o de protección. • Por rotación, pivote sobre su eje. por su parte, la cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qué contactor pertenece.

• Por traslación, deslizándose paralelamente a las partes fijas. • Combinación de movimientos, rotación y traslación.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil.Si se debe goEl relé térmico es un elemento de protección que se ubica bernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha en el circuito de potencia, contra sobrecargas. Su princise conectan en paralelo y el de parada en serie. pio de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos elementos, bimetales, bajo el efecto de la temperatura, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, 3.1 Ejemplo unos contactos auxiliares que desactiven todo el circuito y energicen al mismo tiempo un elemento de señaliza- Podemos ver un ejemplo de aplicación de un contactor, ción. para conectar las salidas bifásicas de un generador, en el

2.8

Relé térmico

El bimetal está formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatación y unidos firmemente entre sí, regularmente mediante soldadura de punto. El calor necesario para curvar o reflexionar la lámina bimetálica es producida por una resistencia, arrollada alrededor del bimetal, que está cubierto con asbesto, a través de la cual circula la corriente que va de la red al motor.

esquema se pueden ver dos circuitos, el de los niveles 1, 2 y 3, de maniobra, donde están los pulsadores de conexión y desconexión, la bobina del contactor, su contacto auxiliar, y la fuente de alimentación del circuito de maniobra.

Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobrepasa el valor nominal para el cual han sido dimensionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio de estado de los contactos auxiliares que lleva.

El contactor del ejemplo tiene un contacto auxiliar para su realimentación, la bobina y dos contactos de fuerza en la parte inferior, esquematizado en la línea azul a trazos vertical.

En los niveles 4 y 5, de fuerza, esta el generador bifásico y los contactos del contactor que conectan o desconectan las salidas.

El funcionamiento del mecanismo es el siguiente: mediante los pulsadores Con. y Des. se conecta o desconecta la bobina del contactor, al pulsador Con., que esta en pa2.9 Resorte ralelo con el contacto auxiliar, de modo que una vez la Es un muelle encargado de devolver los contactos a su bobina excitada se autoalimenta, no siendo necesario que posición de reposo una vez que cesa el campo magnético el pulsador Con. siga pulsado.

4

4

CLASIFICACIÓN

Si se pulsa Des. se corta la alimentación a la bobina, que 4.2.1 Contactores para corriente alterna se desexcita, desconectándose tanto su realimentación por el contacto auxiliar, como la salida del generador por los Son los contactores más utilizados en la actualidad pucontactos de fuerza. diéndose obtener en el mercado una amplia gama de taSi se pulsa simultáneamente Con. y Des. el contactor se maños en relación con la potencia que deban controlar. desactiva, dado que Des. corta la alimentación a la bo- En contactores de C.A. es imprescindible la existencia de bina, independientemente de la posición de Con. o del una espira de cobre en cortocircuito sobre la cara polar principal lo que, junto con un correcto rectificado de las contacto auxiliar. caras polares en contacto contribuye a eliminar la tendenNo es necesario señalar que este mismo mecanismo pue- cia a la vibración del contactor. Debido a la considerable de emplearse para poner en marcha un motor, conectando variación de la impedancia en las bobinas de contactores o desconectando el motor de una fuente de alimentación según su circuito magnético se encuentre abierto o ceexterior, y que el número de contactos de fuerza puede rrado la corriente inicial de tracción resulta considerableser mayor. mente mayor que la de mantenimiento que se establece con posterioridad al cierre.

4 4.1

Clasificación Por su construcción

De esa manera, y en forma automática, se dispone de una corriente inicial lo suficientemente grande como para producir el cierre neto y rápido del contactor, y una corriente posterior de mantenimiento de valor reducido pero suficiente para mantenerlo firmemente cerrado.

Su accionamiento se realiza a través de un electroimán.

Los tiempos requeridos para el cierre de contactores oscilan entre 150 y 300 milisegundos, de acuerdo al tamaño de cada uno relacionado con la potencia a controlar.

4.1.2

4.2.2 Contactores para corriente continua

4.1.1

Contactores electromagnéticos

Contactores electromecánicos

Los contactores para C.C. son obligatoriamente más voSe accionan por un servomotor que carga un alambre esluminosos y pesados -por ende más costosos- que sus sipiral de cobre enrollado sobre un núcleo metálico, siendo milares de C.A. adoptando una disposición más abierta. por lo general cuadrado con un dispositivo que actúa coDicha disposición como así también el mayor tamaño de mo interruptor alojado en el centro de esta. estos contactores es el resultado de requerir un especial diseño de sus contactos y cámaras de extinción para que sean capaces de soportar y controlar los intensos arcos 4.1.3 Contactores neumáticos producidos en la interrupción de circuitos de C.C. como así también de la necesidad de disponer de un mejor acSe accionan por la presión de aire. ceso a los contactos para tareas de inspección o mantenimiento. 4.1.4

Contactores hidráulicos

Se accionan por la presión de aceite.

4.1.5

Contactores estáticos

Estos contactores se construyen a base de tiristores. Estos presentan algunos inconvenientes como:Su dimensionamiento debe ser muy superior a lo necesario, la potencia disipada es muy grande, son muy sensibles a los parásitos internos y tiene una corriente de fuga importante además su costo es muy superior al de un contactor electromecánico equivalente.

Con igual finalidad estos contactores disponen de las llamadas bobinas “sopladoras” de arcos que, ubicadas inmediatamente debajo del sitio donde se producen los arcos, expanden a estos hacia el interior de las cámaras apagachispas para favorecer su rápida extinción. Dado que la resistencia de la bobina en estos contactores es de valor constante, para disponer de una corriente inicial suficiente para el cierre, y una corriente posterior de mantenimiento de menor valor se recurre a usar resistores denominados “economizadores”. La inclusión de los mismos en el circuito es controlada por un contacto auxiliar del propio contactor (O bien por contactos auxiliares de otro relé o contactor) 4.2.3 Por la categoría de servicio

4.2

Por el tipo de corriente que alimenta a Las aplicaciones de los contactores, en función de la cala bobina tegoría de servicio, son:

5 • AC1 (cos φ>=0,9): cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica. Son para condiciones de servicio ligeros de cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia, lamparas de incandesencia, calefacciones eléctricas. No para motores.

• se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de control (cambio de bobina).

• AC2 (cos φ=0,6): motores síncronos (de anillos rozantes) para mezcladoras centrífugas.

• facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos esclavos, impidiendo que la máquina se ponga en marcha sin que se hayan tomado todas las precauciones necesarias.

• AC3 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio continuo para aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores.

• protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura instantánea por debajo de una tensión mínima).

• AC4 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio intermitente para grúas, ascensores.

• funciona tanto en servicio intermitente como en continuo.

7 Véase también 5

Criterios para la elección de un contactor

Debemos tener en cuenta algunas cosas, como las siguientes: 1. El tipo de corriente, la tensión de alimentación de la bobina y la frecuencia. 2. La potencia nominal de la carga. 3. Si es para el circuito de potencia o de mando y el número de contactos auxiliares que necesita. 4. Para trabajos silenciosos o con frecuencias de maniobra muy altas es recomendable el uso de contactores estáticos o de estado sólido.

• Cocina eléctrica • Relé • Temporizador

8 Enlaces externos • •

Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Contactor. Commons

• El contactor en Electrónica fácil. •

6

Ventajas de los contactores

Los contactores presentan ventajas en cuanto a los siguientes aspectos, por los que se recomienda su utilización: automatización en el arranque y paro de motores, posibilidad de controlar completamente una máquina, desde varios puntos de maniobra o estaciones, se pueden maniobrar circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes muy pequeñas, seguridad para personal técnico, dado que las maniobras se realizan desde lugares alejados del motor u otro tipo de carga, y las corrientes y tensiones que se manipulan con los aparatos de mando son o pueden ser pequeños, control y automatización de equipos y máquinas con procesos complejos, mediante la ayuda de aparatos auxiliares(como interruptores de posición, detectores inductivos, presostatos, temporizadores, etc.), y un ahorro de tiempo a la hora de realizar algunas maniobras. A estas características hay que añadir que el contactor: • es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados.

9 Referencias [1] Manual Electrotécnico. Telemecanique

Elección de un contactor n

Se deben tener en cuenta las siguientes características: n n n

Tensión nominal de empleo (Un) Intensidad nominal de empleo (In) Condiciones particulares del circuito de carga n

Categorías de empleo: n n n

n

Circuito resistivo Circuito inductivo Motores

Durabilidad n n n

J. Temprado

Número de maniobras Robustez Categoría de empleo

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

17

Categorías de empleo en C.A. CATEGORÍA DE EMPLEO

TIPO DE CIRCUITO

INTENSIDAD AL CIERRE

INTENSIDAD APERTURA

AC1

Resistivo (cos ϕ ≥0.95)

Ie

Ie

AC2

Rotor bobinado (corte motor calado)

2,5 Ie

2,5 Ie

AC3

Jaula de ardilla (corte motor lanzado)

6 Ie

Ie

AC4

Jaula de ardilla (corte motor calado)

6 Ie

6 Ie

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

18

9

Robustez eléctrica I

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

19

Robustez eléctrica II

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

20

10

Circuito de potencia n

Representa el circuito encargado de alimentar los receptores de gran consumo. Lo integran los siguientes elementos: n n n

n

Elemento para abrir o cerrar el circuito de potencia. Elementos de protección Receptores

Los componentes que encontramos en el circuito de potencia son: n n n n

Interruptores Seccionadores Fusibles Interruptores automáticos de protección n n n

n n

J. Temprado

Relé térmico Relé electromagnético Relé diferencial

Contactores principales Receptores de gran consumo (motores) Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

27

Interruptor circuito de potencia n

Elemento mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales de servicio e incluso las de sobrecarga.

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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14

Seccionador n

Seccionador: Elemento mecánico de conexión que, en la posición de abierto, asegura una distancia específica, denominada de seccionamiento. Soporta intensidades de empleo y breves de sobrecarga Solo puede abrir a cerrar el circuito en vacío.

n

n

n

Interruptor-Seccionador: Combina las características del interruptor con las del seccionador, pudiendo abrir, soportar y cerrar el circuito en carga, manteniendo en su posición de abierto, una distancia de seguridad

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

J. Temprado

29

Elementos de protección n

Todo circuito debe estar protegido contra sobreintensidades (intensidad superior a la nominal). n n

n

La protección contra cortocircuitos se hace con: n n

n

Fusibles calibrados rápidos. Interruptores automáticos de corte electromagnético.

La protección contra sobrecargas se hace con: n n

n

Cortocircuitos: unión directa de dos o más puntos con distinta tensión. Sobrecarga: aumento momentáneo de intensidad en un circuito sin defectos.

Fusibles calibrados lentos. Interruptores automáticos de corte térmico.

Las combinaciones usadas son: n n

Fusibles: protegen contra cortocircuitos y sobrecargas de larga duración. Fusible+Relé Térmico: protege contra cortocircuitos y contra sobrecargas. n

n

n n

J. Temprado

Se utiliza para la protección de motores

Interruptores automáticos Magnetotérmicos Parte magnética protege contra cortocircuitos. Parte térmica protege contra sobrecargas. Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

30

15

Fusible n

Elemento de protección para la línea y para los elementos conectados a ella contra sobrecargas y/o cortocircuitos. n

n

En caso de intensidad excesiva, se funde la parte conductora del fusible, abre el circuito e impide el paso de la corriente.

PRECAUCIONES: n

n

Un motor nunca debe ir protegido solo con un fusible. En caso de avería, primero hay que detectar y solucionar el problema y después, reponer el fusible.

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

31

Seccionador-fusible n

n

A veces los fusibles se montan sobre la parte móvil de un seccionador. Los propios fusibles abren o cierran los contactos.

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

32

16

Fusibles n

Tipos de fusibles (UNE): n

n

n

Una segunda letra indica la aplicación: n n n

n

g (antes “usos generales”): pueden cortar todas las sobreintensidades. Rápidos. a (antes “de acompañamiento”): pueden cortar una parte de las sobreintensidades. Lentos.

L: líneas M: Motores G: Uso general

Según la forma los fusibles industriales pueden ser: n n

Cilíndricos: hasta 100 A De cuchillas: hasta >1000 A

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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Relés de protección (I) n

n

Relé térmico: detecta una sobreintensidad debido al aumento de temperatura que hará que unas láminas bimetálicas se curven y se active el disparador del contacto asociado. Protege contra: n n n n

n

Sobrecargas Arranques demasiado lentos Agarrotamiento Ciclos arranque-paro frecuentes

Reposición manual.

J. Temprado

Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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EL RELÉ DE SOBRECARGA TÉRMICO .-

Autor: Enrique Vilches

Partes de que está compuesto:

Aspecto físico:

Es un mecanismo que sirve como elemento de protección del motor. Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo corto, a la permitida por este, evitando que el bobinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres láminas bimetálicas con sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé. La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor magnetotérmico. Se debe regular (tornillo 7), a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo. Esta intensidad deberá venir indicada en la placa de características del motor. Símbolo:

Elección del Relé Térmico: Para la elección de este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé.

3

Relé térmico 1.0.1 Compensados La curvatura que adoptan las biláminas no sólo se debe al recalentamiento que provoca la corriente que circula en las fases, sino también a los cambios de la temperatura ambiente. Este factor ambiental se corrige con una bilámina de compensación sensible únicamente a los cambios de la temperatura ambiente y que está montada en oposición a las biláminas principales. Cuando no hay corriente, la curvatura de las biláminas se debe a la temperatura ambiente. Esta curvatura se corrige con la de la bilámina de compensación, de tal forma que los cambios de la temperatura ambiente no afecten a la posición del tope de sujeción. Por lo tanto, la curvatura causada por la corriente es la única que puede mover el tope provocando el disparo. Los relés térmicos compensados son insensibles a los cambios de la temperatura ambiente, normalmente comprendidos entre –40 °C y + 60 °C.

1.0.2 Sensibles a una pérdida de fase Este es un dispositivo que provoca el disparo del relé en caso de ausencia de corriente en una fase (funcionamiento monofásico). Lo componen dos regletas que se mueven solidariamente con las biláminas. La bilámina correspondiente a la fase no alimentada no se deforma y bloquea Relé térmico. el movimiento de una de las dos regletas, provocando el disparo. Los receptores alimentados en corriente monoLos relés térmicos son los aparatos más utilizados pafásica o continua se pueden proteger instalando en serie ra proteger los motores contra las sobrecargas débiles dos biláminas que permiten utilizar relés sensibles a una y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o pérdida de fase. Para este tipo de aplicaciones, también [1] continua. Este dispositivo de protección garantiza: existen relés no sensibles a una pérdida de fase. • optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento 1.0.3 Rearme automático o manual anómalas. El relé de protección se puede adaptar fácilmente a las diversas condiciones de explotación eligiendo el modo de rearme Manual o Auto (dispositivo de selección situado • volver a arrancar después de un disparo con la ma- en la parte frontal del relé), que permite tres procedimienyor rapidez y las mejores condiciones de seguridad tos de rearranque: posibles para los equipos y las personas. • la continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas.

1

• Las máquinas simples que pueden funcionar sin control especial y consideradas no peligrosas (bombas, climatizadores, etc.) se pueden rearrancar automáticamente cuando se enfrían las biláminas en un determinado lapso de tiempo.

Características

Sus características más habituales son: 1

2

6

REFERENCIAS

• En los automatismos complejos, el rearranque requiere la presencia de un operario por motivos de índole técnica y de seguridad. También se recomienda este tipo de esquema para los equipos de difícil acceso. • Por motivos de seguridad, las operaciones de rearme del relé en funcionamiento local y de arranque de la máquina debe realizarlas obligatoriamente el personal calificado. 1.0.4

Graduación en “amperios motor”

Visualización directa en el relé de la corriente indicada en la placa de características del motor. Los relés se regulan con un pulsador que modifica el recorrido angular que efectúa el extremo de la bilámina de compensación para liberarse del dispositivo de sujeción que mantiene el relé en posición armada. La rueda graduada en amperios permite regular el relé con mucha precisión. La corriente límite de disparo está comprendida entre 1,05 y 1,20 veces el valor indicado.

2

Principio de funcionamiento de los relés térmicos

Los relés térmicos poseen tres biláminas compuestas cada una por dos metales con coeficientes de dilatación muy diferentes unidos mediante laminación y rodeadas de un bobinado de calentamiento. Cada bobinado de calentamiento está conectado en serie a una fase del motor. La corriente absorbida por el motor calienta los bobinados, haciendo que las biláminas se deformen en mayor o menor grado según la intensidad de dicha corriente. La deformación de las biláminas provoca a su vez el movimiento giratorio de una leva o de un árbol unido al dispositivo de disparo. Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor de reglaje del relé, las biláminas se deformarán lo bastante como para que la pieza a la que están unidas las partes móviles de los contactos se libere del tope de sujeción. Este movimiento causa la apertura brusca del contacto del relé intercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierre del contacto de señalización. El rearme no será posible hasta que se enfríen las biláminas.

Curvas de disparo.

para cada aplicación; puede ser de tan sólo unos segundos (arranque en vacío, bajo par resistente de la máquina arrastrada, etc.) o de varias decenas de segundos (máquina arrastrada con mucha inercia), por lo que es necesario contar con relés adaptados a la duración de arranque. La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica: • Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de arranque inferior a 10 segundos o menos al 600% de su corriente nominal • Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal. • Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal.

4 Véase también • Relé • Contactor

5 Enlaces externos • El relé térmico. • Monografía sobre relé térmico.

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Clases de disparo

Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas, pero durante la fase de arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente, y activarse únicamente si dicho pico, es decir la duración del arranque, resulta excesivamente larga. La duración del arranque normal del motor es distinta

6 Referencias [1] Manual Electrotécnico. Telemecanique

Relés de protección (II) n

Fusible+relé térmico

J. Temprado

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Relés de protección (III) n

Relé electromagnético: detecta una sobreintensidad debido al aumento del campo magnético inducido por dicha corriente, haciendo que se dispare el contacto asociado. n n

n

n

Protege contra cortocircuitos. Si se utiliza para proteger motores, debe soportar el pico de corriente en el arranque. Se suele utilizar en conjunción con un térmico.

Relé magnetotérmico: Combina las acciones de los relés térmicos y electromagnéticos. n

Protege contra sobrecargas y contra cortocircuitos.

J. Temprado

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Relés de protección (IV) n

Disyuntor: se trata de un relé magnetotérmico con un interruptor. n

Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia (guardamotores).

J. Temprado

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Desconexión de un disyuntor

J. Temprado

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EL INTERRUPTOR AUTOMÁTICO MAGNETOTÉRMICO .Aspecto físico: Su misión es la de proteger a la instalación Y al motor, abriendo el circuito en los Siguientes casos: - Cortocircuito: En cualquier punto de la instalación. - Sobrecarga: Cuando la intensidad consumida en un instante, supera la intensidad a la que está calibrada el magnetotérmico.

Símbolo:

Elección del interruptor automático magnetotérmico: Se deberán seguir los siguientes pasos: 1. Hay que seleccionar el tipo de curva de disparo. Ver tabla adjunta. 2. Elegir el calibre o intensidad nominal, cuyo valor será inferior o igual a la que consume el receptor de forma permanente. Curva de disparo

Corriente de magnético Calibre

B

5

C

10

D Z

2 3 4 6 10 16 20 25

20 3,6

Aplicaciones Protección generadores, de personas y grandes longitudes de cable. Protección general. Protecciones de receptores con elevadas corrientes de arranque. Protección de circuitos electrónicos. Autor: Enrique Vilches

4

Ejemplo: Elegir el interruptor automático magnetotérmico necesario para proteger un motor trifásico, que consume 10 A y en su arranque se produce una sobreintensidad admisible de 12 veces esa corriente. -

Se elige la curva de disparo tipo D por ser la corriente de magnético (20 x 10 = 200 A) superior a la sobreintensidad admisible (12 x 10 = 120 A), y no desconectaría el magnetotérmico. El calibre a elegir es el de 10 A, por ser igual a la corriente del motor.

ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO PULSADORES .Aspecto físico:

Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos. Existen tres tipos: •

Pulsador de paro.

Símbolo:

•

Pulsador de marcha.

Símbolo:

•

Pulsador de doble cámara. Símbolo: Autor: Enrique Vilches

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Circuito de mando n

Representa el circuito auxiliar de control. Lo integran los siguientes elementos: n n n n

n

Contactos auxiliares de mando y protección Circuitos y componentes de regulación y control Equipos de medida Dispositivos de señalización

Los componentes que encontramos en el circuito de mando son: n n n n n n n

Pulsadores Interruptores Conmutadores Detectores de posición Detectores de proximidad Detectores fotoeléctricos Contactores y relés

J. Temprado

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Pulsador n

Elemento electromecánico de conexión y desconexión. Para activarlo hay que actuar sobre él, pero al eliminar la actuación, el pulsador se desactiva por sí mismo.

J. Temprado

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4

2

Interruptor n

n

Elemento electromecánico de conexión y desconexión al que hay que accionar para activarlo y también para desactivarlo. Su nombre atendiendo a las normas es “pulsador con enclavamiento”.

J. Temprado

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Accionadores de dispositivos

J. Temprado

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3

Ejemplo: Elegir el interruptor automático magnetotérmico necesario para proteger un motor trifásico, que consume 10 A y en su arranque se produce una sobreintensidad admisible de 12 veces esa corriente. -

Se elige la curva de disparo tipo D por ser la corriente de magnético (20 x 10 = 200 A) superior a la sobreintensidad admisible (12 x 10 = 120 A), y no desconectaría el magnetotérmico. El calibre a elegir es el de 10 A, por ser igual a la corriente del motor.

ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO PULSADORES .Aspecto físico:

Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos. Existen tres tipos: •

Pulsador de paro.

Símbolo:

•

Pulsador de marcha.

Símbolo:

•

Pulsador de doble cámara. Símbolo: Autor: Enrique Vilches

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Despiece de una caja de pulsadores:

INTERRUPTORES DE POSICIÓN O FINALES DE CARRERA .Aspecto físico:

Este elemento es un interruptor de posición que se utiliza en apertura automática de puertas, como elemento de seguridad, para invertir el sentido de giro de un motor o para pararlo. Símbolo: Como se puede observar, el final de carrera está compuesto por un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto. Cuando se presiona sobre el vástago, cambian los contactos de posición, cerrándose el abierto y viceversa. Autor: Enrique Vilches

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Conmutador n

Elemento electromecánico de conexión y desconexión, que tiene una posición de reposo y varias de accionamiento, pudiendo comportarse estas como interruptor o como pulsador.

J. Temprado

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Detectores de posición n

n

También llamados finales de carrera, son dispositivos electromecánicos de conmutación. Similares eléctricamente a los pulsadores, no son accionados manualmente por el operario, sino que lo hacen determinados elementos de las máquinas que controlan.

J. Temprado

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4

Despiece de una caja de pulsadores:

INTERRUPTORES DE POSICIÓN O FINALES DE CARRERA .Aspecto físico:

Este elemento es un interruptor de posición que se utiliza en apertura automática de puertas, como elemento de seguridad, para invertir el sentido de giro de un motor o para pararlo. Símbolo: Como se puede observar, el final de carrera está compuesto por un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto. Cuando se presiona sobre el vástago, cambian los contactos de posición, cerrándose el abierto y viceversa. Autor: Enrique Vilches

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Relación entre contactos auxiliares n

n

Los contactos son accionados por un vástago. Estos conmutan según el vástago avanza o retrocede. Pueden ser: n

Normales (en algún instante están todos abiertos). n n

n

Primero abren los NC Después se cierran los NA

Especiales n

n

n

Adelantados: cambian su posición antes que los normales. Retrasados: cambian su posición después que los normales. Solapados: contacto conmutado donde el NA es adelantado y el NC es retrasado Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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Relé temporizado (con retardo) n

Los contactos asociados se abren o se cierran un tiempo después del cambio de estado de su órgano de mando. n

Retardo a la conexión (al trabajo) n n

n

Retardo a la desconexión (al reposo) n n

J. Temprado

Activación: los contactos basculan después del tiempo regulado. Desactivación: los contactos vuelven instantáneamente a la posición de reposo. Activación: los contactos basculan instantáneamente. Desactivación: Los contactos vuelven a la posición de reposo tras el tiempo regulado.

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Temporizadores: Clases y funcionamiento

Un temporizador es un dispositivo con el cual podemos regular la conexión o desconexión de un circuito eléctrico durante un tiempo programado. Uno de los componentes principales en un contador binario el cual se encarga de medir los pulsos suministrados por un circuito oscilador, con una base de tiempo estable y conocida.

Tienen una gran similitud con los relevadores (relés), pero se diferencian porque sus contactos no cambian instantáneamente debido a esto se pueden clasificar por su funcionamiento: A la conexión: El temporizador recibe una señal de activación, al término del conteo del tiempo programa el temporizador activa o desactiva los contactos según sea el caso. A la desconexión: Cuando el temporizador deja de recibir una señal comienza a contar una vez terminado el tiempo programado activa o desactiva los contactos.

Pese a de que los temporizadores se clasifican por su funcionamiento, existen diversos tipos y cada uno sirve para una aplicación especifica Térmicos. Neumáticos. De motor síncrono. Electrónicos. Temporizador térmico. El temporizador térmico actúa por calentamiento de una lámina bimetálica El tiempo viene determinado por el curvado de la lámina. Constan de un transformador cuyo primario se conecta a la red, pero el secundario, que tiene pocas espiras y está conectado en serie con la lámina bimetálica, siempre tiene que estar en cortocircuito para producir el calentamiento de dicha lamina, por lo que cuando realiza la temporización se tiene que desconectar el primario y deje de funcionar. Temporizador neumático El funcionamiento del temporizador neumático está basado en la acción de un fuelle que se comprime al ser accionado por el electroimán del relé.

Al tender el fuelle a ocupar su posición de reposo la hace lentamente, ya que el aire ha de entrar por un pequeño orificio, que al variar de tamaño cambia el tiempo de recuperación del fuelle y por lo tanto la temporización. Temporizador de motor síncrono Son los temporizadores que actúan por medio de un mecanismo de relojería accionado por un pequeño motor, con embrague electromagnético. Al cabo de cierto tiempo de funcionamiento entra en acción el embrague y se produce la apertura o cierre del circuito. Temporizador electrónico El principio básico de este tipo de temporización, es la carga o descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos, siempre que su resistencia de aislamiento sea mayor que la resistencia de descarga: en caso contrario el condensador se descargaría a través de su insuficiente resistencia de aislamiento.

Simbología:

A la conexión

A la desconexión

Relés de función (I) n

Son dispositivos electrónicos de conmutación. Los contactos se activan o se desactivan en base a una función del tiempo, normalmente regulable. n

J. Temprado

Retardador serie

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Relés de función (II) n

Equivalen a los relés temporizados, pero con más posibilidades n

Relé con retardo a la conexión

n

Relé con retardo a la desconexión

J. Temprado

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DETECTORES.PRESOSTATOS .Aspecto físico: El presostato es un mecanismo que abre o cierra unos contactos que posee, en función de la presión que detecta. Esta presión puede ser provocada por aire, aceite o agua, dependiendo del tipo de presostato. Se suelen usar en grupos de presión de agua, poniendo en marcha un motor-bomba cuando la presión de la red no es suficiente.

Símbolo: Los contactos pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, dependiendo del tipo de presostato.

DETECTORES INDUCTIVOS.Aspecto físico:

Autor: Enrique Vilches

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Símbolo: Esquema de conexiones:

El Detector Inductivo es un fin de carrera que trabaja exento de roces y sin contactos, no está expuesto a desgastes mecánicos y en general es resistente a los efectos del clima. Su empleo es especialmente indicado allí donde se requieren elevadas exigencias, precisión en el punto de conexión, duración, frecuencia de maniobras, y velocidad de accionamiento

Funcionamiento: El DI es excitado por un campo alterno de alta frecuencia, el cual se origina en la "superficie activa" del DI, la magnitud de este campo alterno determina el "alcance" del aparato. Cuando se aproxima un material buen conductor eléctrico o magnético, el campo se amortigua. Ambos estados (campo amortiguado o no amortiguado) son valorados por el DI y conducen a un cambio de la señal en la salida. DETECTORES CAPACITIVOS.Aspecto físico:

Símbolo:

Esquema de conexiones:

Estos detectores de proximidad capacitivos son interruptores de límite, que trabajan sin roces ni contactos. Pueden detectar materiales de conducción o no conducción eléctrica, que se encuentran en estado sólido, líquido o pulvurento, entre otros: vidrio, cerámica, plástico, madera, aceite, agua, cartón y papel. El DETECTOR se conecta cuando él y el material se encuentran uno enfrente del otro a una determinada distancia. APLICACIONES: – Señalización del nivel de llenado en recipientes de material plástico o vidrio – Control del nivel de llenado con embalajes transparentes – Aviso de roturas de hilo en bobinas – Aviso de rotura de cinta transportadora – Cuenta de botellas – Regulación del bobinado y de los esfuerzos de tracción de cintas – Cuenta de todo tipo de objetos La superficie activa de un sensor está formada por dos electrodos metálicos dispuestos concéntricamente, éstos se pueden considerar como los electrodos de un condensador. Al acercarse un objeto a la superficie activa del sensor, se origina un campo eléctrico delante de la superficie del electrodo. Ésto se traduce con una elevación de la capacidad y el oscilador comienza a oscilar. Autor: Enrique Vilches 8

Detectores de proximidad n

Los detectores de proximidad son interruptores estáticos (semiconductor) que realizan la conexión o desconexión de una carga (normalmente un contactor) por proximidad de ciertos materiales.

J. Temprado

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Conexionado de los detectores

J. Temprado

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5

Detectores fotoeléctricos n

n

n

Los detectores de proximidad necesitan que el objeto a detectar se encuentre relativamente próximo. Los detectores fotoeléctricos o fotocélulas, pueden detectar objetos de cualquier índole y a grandes distancias. Pueden ser: n

Según su disposición: n n n

n

Según su funcionamiento: n n

J. Temprado

De barrera De reflexión De proximidad Función “luz” Función “sombra” Tema 2, Componentes en un Automatismo Eléctrico

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Contactor (Relé) n

n

n

Elemento mecánico de conexión con una sola posición de reposo, accionado generalmente mediante electroimán. Debe ser capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente que circula por el circuito en condiciones normales de funcionamiento. Debe soportar las condiciones de sobrecarga de servicio (arranque de motores), pero no otras (cortociruitos).

J. Temprado

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DETECTORES FOTOELÉCTRICOS.Aspecto físico:

Símbolo:

Los DF reaccionan a cambios de la cantidad de luz recibida. El objeto a detectar interrumpe o refleja el haz luminoso emitido por el diodo emisor. Según el tipo de aparato, se evalúa o bien la reflexión del haz luminoso o la interrupción del mismo. La luz del emisor da en un objeto. Ésta se refleja de forma difusa y una parte de la luz alcanza la parte receptora del aparato. Si la intensidad de luz es suficiente, se conecta la salida. La distancia de reflexión depende del tamaño y del color del objeto así como del acabado de la superficie. La distancia de reflexión se puede modificar entre amplios límites mediante un potenciómetro incorporado. Barreras fotoeléctricas por reflexión El haz de luz impulsado por el diodo emisor es captado por una lente y enviado, a través de un filtro de polarización, a un reflector (principio del espejo triple). Una parte de la luz reflejada alcanza otro filtro de polarización del reflector. Los filtros se eligen y disponen de forma que solamente el haz luminoso enviado por el reflector alcance el receptor, y no los haces de luz de otros objetos que se encuentran dentro del campo de irradiación. Un objeto que interrumpa el haz de luz enviado por el emisor a través del re-flector hacia el receptor origina una conexión de la salida. Autor: Enrique Vilches

9

Reflector utilizado con la fotocélula:

ACCESORIOS DE MONTAJE.Para realizar el montaje completo de un cuadro eléctrico, para una instalación de automatismo, es necesario utilizar una serie de accesorios. A continuación podemos observar algunos de ellos que son muy utilizados:

Detalle de montaje en el que podemos ver contactores, interruptores automáticos y los accesorios necesarios:

Autor: Enrique Vilches

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Otro tipo de accesorio bastante utilizados son las BORNAS DE CONEXIÓN. Aspecto físico:

Partes de que está compuesta:

En la siguiente imagen podemos observar un montaje en el que intervienen, un módulo de bornas de conexión montado sobre un carril DIN, al que se encuentran conectados tres detectores.

Autor: Enrique Vilches

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DEFINICIONES ELECTRICAS TENSION NOMINAL Tensión nominal. (Del latín, nominalis). De un aparato eléctrico, tensión que no debe superar en funcionamiento normal. El adjetivo nominal se debe a que esa tensión suele servir para caracterizar el aparato, para nombrarlo. Tensión nominal. ... Valor convencional de la tensión con la que se denomina un sistema o instalación y para los que ha sido previsto su funcionamiento y aislamiento. Para los sistemas trifásicos se considera como tal la tensión compuesta. INTENSIDAD NOMINAL intensidad nominal. (Del latín, nominalis). De un aparato o instalación eléctricos, intensidad que no debe superar en funcionamiento normal La intensidad nominal es la corriente que se debe suministrar para que una unidad funcione en su punto de funcionamiento nominal, es decir, para su punto óptimo de rendimiento. Corriente con la que trabaja normalmente un dispositivo, elemento o maquina. INTENSIDAD DE CORRIENTE Intensidad de corriente o de corriente eléctrica, es la magnitud física que expresa la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor en una unidad de tiempo.Intensidad eléctrica de Planck es la unidad de intensidad eléctrica. La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo (por segundo), por lo tanto el valor de laintensidad instantánea. Si la intensidad permanece constante, utilizando incrementos finitos de tiempo. La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico. La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o cargaeléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar laIntensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A). POTENCIA NOMINAL La potencia nominal es la potencia máxima que demanda una máquina o aparato en condiciones de uso normales; esto quiere decir que el aparato está diseñado para soportar esa cantidad de potencia, sin embargo debido a fluctuaciones en la corriente, al uso excesivo o continuo, o en situaciones de uso distintas a las del diseño, la potencia real puede diferir de la nominal, siendo más alta o más baja.

FACTOR DE POTENCIA Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.1Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0. Se define el factor de potencia como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina cosímetro.

MOTOR ELECTRICO Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica.

PARTES DE UN MOTOR ELECTRICO

PARTES DEL MOTOR Estator - Constituye la parte fija del motor, elemento que opera como base permitiendo la rotación del motor. - El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos:

a) Estator de polos salientes. b) Estator ranurado.

El estator está constituido por un conjunto de láminas de acero al silicio, que permite que pase a través de él el flujo magnético con facilidad; aloja los devanados llamados polos magnéticos. Los polos de un motor siempre son pares.

Rotor Constituye la parte móvil del motor. Es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos: a) Rotor ranurado b) Rotor de polos salientes c) Rotor jaula de ardilla

Tipos de bobinas Un motor monofásico tiene dos grupos de devanados en el estator: • Devanado principal o devanado de trabajo. • Devanado auxiliar o de arranque.

Estos dos devanados están conectados en paralelo, al voltaje de línea. El devanado de trabajo está formado por conductores gruesos y tiene más espiras que el devanado de arranque, el devanado de arranque tiene menos espiras de sección delgada.

Carcasa. Es la parte que protege y cubre al estator y al rotor. a) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible. Caja de Conexiones. La caja de conexiones (placa de bornes) que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo.

Clasificación motores de corriente directa Concepto básico que debe conocerse:

Funcionamiento con carga y en vacío. • Un motor funciona con carga al realizar un determinado trabajo (jalando, empujando objetos o soportando cualquier resistencia externa o carga) que lo obliga a absorber energía mecánica.

Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia al batir mayonesa; el motor de una grúa soporta las cargas que eleva, los elementos mecánicos de la grúa,…; el motor de un coche eléctrico soporta numerosas cargas: el peso de los pasajeros, el peso del propio vehículo, la resistencia que ofrece la superficie del terreno,…

• Un motor funciona en vacío, cuando el motor no está arrastrando ningún objeto, ni soportando ninguna resistencia externa. En este caso, el par resistente se debe únicamente a factores internos. Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí. Motor Motor Motor Motor

de excitación independiente. serie. de derivación o motor shunt. compoud.

Motores de corriente continua: -Motor -Motor -Motor -Motor

de excitación independiente. serie. de derivación o motor shunt. compoud.

APLICACIONES DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA: • Trenes de laminación reversibles.

• Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. • Cizallas en trenes de laminación. Potencia: 9,2 KW/ 12 CV • Motores para la industria del papel. • Máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles. •Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, bobinadoras, tornos grandes. •Grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna).

SERVOMOTORES Un servomotor es un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. La Misma Potencia con Ahorro para la Industria

Partes de un servomotor Motor de corriente continua, es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje es inverso, el sentido de giro también se invierte. Engranajes reductores Se encargan de convertir gran parte de la velocidad de giro del motor de corriente continua en torque o fuerza.

Circuito de control Este circuito es el encargado del control de la posición del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los pulsos recibidos.

Funcionamiento

El sistema servo se comunica mediante pulsos eléctricos a través de un circuito de control para determinar el ángulo de posición del motor. La longitud del pulso determinará los giros de motor. Las aplicaciones específica se hacen mediante programas (BasicX24, Basic Stamp o Atom Pro, etc) y podría ser en forma inalámbricas. Dicho accionamiento aplica la cantidad de potencia necesaria sobre el motor para de esa forma mover la carga.

Aplicaciones La aplicación de los servomotores depende del trabajo a realizar. -Trabajo de etiquetado de productos -Automatización de plantas para producto farmacéuticos y/o alimenticios. -Cadena de producción de vehículos. -Maquinas para cortar con laser. -etc.

Ventajas -Utiliza la energía necesaria para realizar un determinado trabajo -El giro y su velocidad son controladas en forma proporcional.

-Tienen mayor capacidad de sobrecarga de trabajo, entre 300 y 400 por ciento más, haciéndolos más rápido y potente que su velocidad y torque nominal. -Requieren menor mantenimiento a falta de fricción. -El tamaño de los servomotores es menor (entre 40 y 50 por ciento más livianos que los hidráulicos), esto no incide en su potencia. -Tiene buena capacidad de torque. -En fuerza y potencia, igualan a los motores mecánicos e hidráulicos. -Gracias a estas habilidades, los servos se usan en aplicaciones como corte.

Motores de corriente alterna Por el fácil manejo de transmisión, distribución y transformación de la C.A, se ha constituido en la corriente con más uso en la sociedad moderna. Es por ello que los motores de C.A, son los más

normales y con el desarrollo tecnológico se ha conseguido un rendimiento altísimo que hace que más del 90 % de los motores instalados sea de C.A.

Motores de corriente Alterna • Motores síncronos. Los motores síncronos son motores de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación

• Motores asíncronos. Los motores asíncronos son motores de corriente alterna en el que la rotación del eje es menor que la frecuencia del campo de sincronismo. •

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD Nº 3

Hoja: 1 de 53

Máquinas e Instalaciones Eléctricas

UNIDAD Nº 3 Motores asíncronos Principio de Funcionam ient o. Const it ución de la m áquina asíncrona t rifásica. Tipos de m ot ores: Rot or bobinado, j aula de ardillas, doble j aula de ardillas, rot or de ranuras profundas. Par en los Mot ores de Jaula de Ardilla. Campo Magnético Giratorio. Conexión de los Devanados. Cambio del Sentido de Giro del Motor. Deslizam ient o. Frecuencias de la corrient e del rot or. Circuit o equivalent e con el rot or parado. Circuit o equivalent e con el rot or girando. Circuit o equivalent e del m ot or asíncrono t rifásico. Funcionam ient o: en vacío, con rot or parado, en carga. Circuito equivalente: Reducción del rotor al estator. Balance de potencias. Rendimiento. Par de rotación en el motor asíncrono. Par de rot ación en la m áquina asíncrona. Funcionam ient o com o m ot or. Funcionam ient o com o generador. Funcionamiento como freno. Ensayo de vacío o de rotor libre. Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado. Arranque. Arranque direct o. Arranque est rella- t riángulo. Arranque por resist encias est at óricas. Arranque por resistencias rotóricas. Arranque por autotransformador. Variación de velocidad de los motores asíncronos. Motor asíncrono monofásico. Arranque: Método de fase partida, método de espira de sombra.

Pr incipio de Funcionamient o Para explicar el funcionamiento de un motar asíncrono trifásico, nos vamos a servir del siguiente símil. Supongamos que tenemos un imán moviéndose a lo largo de una escalerilla conductora tal y como se indica en la figura adjunta. Este imán en su desplazamiento a velocidad v provoca una variación de flujo sobre los recintos cerrados que forman los peldaños de la escalera. Esta variación de flujo genera una f.e.m., definida por la Ley de Faraday:

e

d dt

que a su vez hace que por dichos recintos circule una corriente. Esta corriente eléctrica provoca la aparición de una fuerza sobre la escalera definida por F = I L B que hace que la escalera se desplace en el mismo sentido que lo hace el imán.

La escalera nunca podrá desplazarse a la velocidad del imán, pues en el supuesto caso de que se desplazase a la misma velocidad que el imán, la variación de flujo sobre los recintos cerrados sería nula, y por tanto la f.e.m. inducida también y por tanto la fuerza resultante también sería nula.

En un motor asíncrono la escalera es el desarrollo lineal del rotor y el campo magnético que se desplaza es originado por un sistema trifásico de corrientes que circulan por el estator (Teorema de Ferraris)

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD Nº 3

Const it ución de la Máquina Asíncr ona Tr if ásica Tipos de Mot or es

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UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

Mot or con Rot or Bobinado

UNIDAD Nº 3

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UNIDAD Nº 3

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Mot or con Rot or en Jaula de Ar dilla

Mot or con Rot or en Doble Jaula de Ar dilla El rotor en estos motores está constituido por dos jaulas, una externa, de menor sección y material de alta resistividad, y otra interna de sección mayor y material de baja resistividad. Ambas jaulas están separadas entre sí en cada ranura por medio de una delgada rendija que aumenta el flujo de dispersión en la jaula inferior. De este modo se consigue una jaula exterior de alta resistencia y baja reactancia y una jaula interior de baja resistencia y baja reactancia. En el arranque (la reactancia predomina sobre la resistencia, pues f es grande) la corriente fluye en su mayor parte por la jaula exterior (menor reactancia). A la velocidad nominal (las resistencia predomina sobre la reactancia, f es muy pequeña) la corriente fluye en su mayor parte por la jaula interior (menor resistencia). Con todo esto se consigue que en el arranque la resistencia se alta, lo que implica alto par de arranque y baja intensidad, y a la velocidad nominal, como la resistencia es baja, se tiene buen rendimiento.

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD Nº 3

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Mot or con Rot or de Ranur as Pr of undas Un efecto análogo al anterior se obtiene mediante un rotor de ranuras profundas, ocupadas por barras altas y profundas, donde debido al efecto autoinductivo y de Foucault, la corriente se distribuye de forma diferente en el arranque y en el funcionamiento de trabajo.

Par en los Mot or es de Jaula de Ar dilla

Motor jaula normal

Motor de doble jaula

Motor con ranura profunda

Iarrq / In

Marrq / Mn

Iarrq / In

Marrq / Mn

Iarrq / In

Marrq / Mn

4-7

0,8 - 1,2

3,3 - 5,5

1-2

4 - 4,8

1,2 - 1,5

UTN FRMza. (Ing. Electrónica) MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD Nº 3

Campo Magnét ico Girat or io El Campo magnético giratorio se obtiene con tres devanados desfasados 120º (acoplados en estrella o triángulo) y conectados a un sistema trifásico de c. a. Si por el arrollamiento polifásico del estator del motor de una máquina síncrona circula una corriente de pulsación y si hay p pares de polos, se origina un campo magnético giratorio de p pares de polos y que giran a la velocidad / p (Teorema de Ferraris). Si el campo tiene distribución senoidal:

El campo magnético giratorio origina un flujo que induce corrientes en el rotor que interactúan con el campo magnético del estator. En cada conductor del rotor se produce una fuerza de valor F i.L.B que da lugar al par motor.

Hoja: 6 de 53

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UNIDAD Nº 3

Hoja: 7 de 53

Conexión de los Devanados

Cambio del Sent ido de Gir o del Mot or Intercambiando dos fases cambia el sentido de giro del campo magnético del estator y por lo tanto el sentido de giro del rotor

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UNIDAD Nº 3

Hoja: 8 de 53

Deslizamient o El rotor no puede girar a la velocidad Ns

/ p de los polos ficticios del estator (velocidad de sincronismo), pues en

este caso, no habría ningún desplazamiento relativo de las espiras del rotor con relación a los polos ficticios del estator, ninguna f.e.m., ninguna corriente, ninguna fuerza electromagnética y por lo tanto ningún par motor. Llamamos deslizamiento a la diferencia de velocidad entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor, expresada en tanto por uno o en % (a plena carga s = 3% - 8%):

S

Ns Nr Ns

S%

Ns Nr .100% Ns

Ejemplo para Número de polos

Ns rpm

2 4 8 10

3000 1500 750 600

f

50Hz Nr rpm 2950 1450 700 550

S% 1,6 3,3 6,6 8

Fr ecuencias de la cor r ient e del r ot or Sea

Ndes ( Ndes

Ns Nr ) la velocidad relativa del rotor con relación a los polos ficticios del estator

Motor de Corriente Alterna (AC) Síncrono:

• 99+ % de toda la potencia está generada por máquinas síncronas • Las Máquinas Síncronas pueden funcionar como generadores o como motores

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• Motores Síncronos Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator. ib

Rotor coils ia

Stator coil ic

Motor Asíncrono (Inducción) Introd. A la Electrónica de Potencia

Motor (AC) Síncrono Curso 2011/12

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• Motores Síncronos El motor síncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se desea velocidad constante. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator.

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• Motores Síncronos • Motor síncrono de imán permanente •Motor síncrono de rotor bobinado

MOTOR AC-SINCRONO Al conectar el devanado trifásico del estator a una red exterior de alimentación, las corrientes trifásicas que circularán por las bobinas del estator darán origen a una onda de f.m.m. giratoria y será determinante, a su vez, de un campo giratorio de igual velocidad

síncrono de imán permanente: motores de pequeñas potencias Introd. A la Electrónica de Potencia

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• Motores Síncronos Principio de Funcionamiento

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• Motores Síncronos Motor síncrono bipolar de imán permanente. La razón por la que se llama motor síncrono es que el imán del centro girará a una velocidad constante síncrona (girando exactamente como el ciclo) con la rotación del campo magnético. www.windpower.org

La velocidad de un generador (o motor) que está directamente conectado a una red trifásica es constante y está impuesta por la frecuencia de la red. Sin embargo, si dobla el número de electroimanes que hay en el estator, puede asegurar que el campo magnético girará a la mitad de la velocidad.

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7.3.1.3 Características constructivas. La máquina síncrona utiliza un ESTÁTOR constituido por un devanado trifásico simétrico (distribuido a 120º) idéntico a la máquina asíncrona de inducción El rotor puede ser liso o de polos salientes

El ROTOR está formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes con corriente continua

Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos.

Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada >1 MW Introd. A la Electrónica de Potencia

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• Motores Síncronos Los motores de AC que utilizan imanes para producir el campo magnético en el entrehierro, se denominan Motores de Imán Permanente (PMM o PMAC) Los más utilizados son:

1.- Síncronos (PMSM) : campo magnético giratorio y uniforme

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• Motores Síncronos 2.- Motores de Imán Permanente Conmutados o trapezoidales (BLDC_Motors) El campo del estator es aplicado en pasos discretos El rotor tiene dos imanes que cubren cada uno aprox.180º del perímetro del rotor y producen una densidad de flujo quasirectangular en el gap. El estator tiene un bobinado trifásico, donde los conductores de cada fase están distribuidos uniformemente en porciones de arcos de 60º El sistema de potencia conectara una fuente controlada de corriente a los bobinados del estator, de manera que en cada momento conectemos 2 fases del bobinado. Cada imán del rotor interactura con 2 arcos de 60º por los que circule corriente. Introd. A la Electrónica de Potencia

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• Motores Síncronos Cuando los bordes del imán del rotor alcanzan el límite entre las fases del estator, un detector, tal como un sensor de efecto Hall montado en el estator, detectará la inversión del campo magnético del air-gap y causa una apropiada secuencia de conmutación de los transistores.

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Motor de Reluctancia • Motores variable: Síncronos Los motores de Reluctancia eliminan los imanes permanentes (PMs), las escobillas, y los conmutadores. El estator consiste en unas laminaciones de acero que forman postes salientes. Una serie de bobinas, conectadas independientemente en pares de cada fase, envuelve los postes del estator. Sin bobinas del rotor, el rotor es básicamente un pedazo de acero formado para formar postes salientes. La corriente es conmutada entre las bobinas de cada fase del estator en un patrón secuencial para desarrollar un campo magnético que gira. La Reluctancia se refiere a la característica de resistencia de un circuito magnético, también llamada resistencia magnética. Cuando un par de bobinas de los polos del estator es energizado, el rotor se mueve para alinearse con los postes del estator.

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Motor Paso a Paso (Stepper Motors): Existen básicamente 2 tipos de motores de pasos • Motores de reluctancia variable

• Motores de imán permanente: motores unipolares, motores bipolares, y motores multifases

rotor de un motor de reluctancia variable

estator de un motor de 4 bobinas

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Los motores de pasos pueden ser vistos como motores eléctricos sin conmutadores. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente o, en el caso de los motores de paso de reluctancia variable, una pieza dentada hecha de una material magnético. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejado por un controlador o driver. Introd. A la Electrónica de Potencia

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Motor Paso a Paso (Stepper Motors): Los motores de paso unipolar, ya sean de imán permanente, son cableados como lo muestra la figura con una toma central en cada uno de los bobinados. Las tomas centrales típicamente son conectados a la fuente de alimentación positiva, y los extremos de cada bobinado son alternativamente puestos a tierra para invertir la dirección del campo entregado por el bobinado. El motor mostrado es de un paso de 30°. El bobinado 1 esta distribuido entre la parte superior e inferior del estator y el bobinado 2 entre la izquierda y derecha del estator. El rotor es un imán permanente de 6 polos, 3 norte y 3 sur, arreglados alrededor de su circunferencia. Para altas resoluciones el rotor debe tener mas polos. Por ejemplo, para el motor mostrado, si fluye corriente por un lado de bobina 1, la parte de arriba del estator esta en N y la de abajo en S. Esto atrae el rotor a la posición mostrada. Si ahora se deja de alimentar la bobina 1 y se alimenta un lado de la bobina 2, el rotor girara o dará un paso de 30° Introd. A la Electrónica de Potencia

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MOTOR MONOFÁSICO: • De bobinado auxiliar.

En este motor utilizará un devanado auxiliar que solo se conectará durante el arranque, después funcionará únicamente con el devanado de trabajo. Aplicación: Es muy utilizado en los compresores de los frigoríficos que tenemos en nuestras casas.

• Universal.

El motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua (C.C.) como con corriente alterna. (A.C.) Aplicación:

Se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo, electrodomésticos pequeños, etc

• De espiras en cortocircuito. Este motor puede arrancarse directamente por si mismo, lo que se consigue por el efecto que producen las llamadas espiras en cortocircuito. El sistema consiste en dividir los polos en dos partes desiguales.

Aplicaciones

Por su variedad de potencia y tamaño son muy usados en la industria no siendo así en el sistema residencial y doméstico debido fundamentalmente a que en este sector no llega la corriente trifásica. En la industria se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, extractores, elevadores, grúas eléctricas, etc..

MOTOR TRIFÁSICO. Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator lo que provoca que el arranque de estos motores no necesite circuito auxiliar, son más pequeños y livianos que uno monofásico.

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican de diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP).

Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas: •A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. •Se pueden construir de cualquier tamaño.

•Tiene un par de giro elevado. •Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, a más). •No emite contaminantes. •Máquinas que pueden trabajar con 2 tensiones 400V y 230 V. •El control de la velocidad es de forma electrónica.

Motor trifásico: -De rotor bobinado El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.

-Rotor

en cortocircuito (jaula de ardilla)

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje.

Las aplicaciones típicas de los motores trifásicos de inducción con rotor jaula de ardilla. Comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas , sopladores y fajas transportadoras. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

La clasificación de el uso de los motores en la industria está en función al trabajo que realizará (característica de la carga) En todas estas máquinas, los torques de arranque son diferentes y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de una instalación a otra. Ventiladores: Tecnología: trifásico, 8 polos, 2 polos, 4 polos, 6 polos Voltaje: 400 V, 380V Aplicaciones: para la industria química, de ventiladores, para máquina herramienta, para la industria minera, para aplicaciones de bombeo Par: Mín.: 2.5 Nm (1.84 ft.lb) Máx.: 3205 Nm (2363.89 ft.lb) Potencia: Mín.: 0.18 kW (0.24 hp) Máx.: 375 kW (502.88 hp) Velocidad de rotación: Mín.: 695 rpm (4366.81 rad.min-1) Máx.: 2980 rpm (18723.89 rad.min-1)

CARACTERISTICAS IMPORTANTE EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS Par motor: Es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia.

Par de arranque: Es el que desarrolla el motor para romper la inercia y comenzar a girar. Par nominal: Es el que produce el motor para desarrollar sus condiciones de trabajo.

Rendimiento: El rendimiento es un concepto as ociado al trabajo realizado por las máquinas, buen rendimiento con poco trabajo.

PLACA DE CARACTERISTICAS Cada motor debe contar con una placa de características, fácilmente visible y firmemente sujeta al motor

IM B5 SIEMENS

La velocidad nominal de rotación del motor es la velocidad que indica el fabricante, se diferencia de la velocidad de sincronismo en el deslizamiento nominal SN. SN = (nS – nN) 100/ nS siendo: SN = deslizamiento nominal (%) nS = velocidad de sincronismo (rpm) nN = velocidad nominal de rotación (rpm) El par motor nominal se calcula de la siguiente forma: MN = 9,55 x PN (• 1.000/ nS) MN = par motor nominal (Nm) nS = velocidad sincrónica (rpm) PN = potencia nominal (kW)

El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia o, dicho de otro modo, la tendencia de una fuerza para girar un objeto alrededor de un eje, punto de apoyo, o de pivote. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por: P= Mw

donde: • P es la potencia (en W) • M es el par motor (en N·m) • w es la velocidad angular (en rad/s)

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS GESTIÓN INICIAL Siempre que se necesite adquirir un motor eléctrico, hay que tener en cuenta lo siguiente: 1.¿Es una instalación nueva o existente? 2.¿Cuáles son las condiciones de la red eléctrica? 3.¿Cuál es la carga que el motor va a accionar? 4.¿Cuáles son las condiciones medioambientales? 5.¿Cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión? 6.¿Qué tipo de normas debe cumplir el motor? 7.¿Cómo va a ser hecho el arranque del motor? Obviamente, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor?

EL MOTOR Dentro del universo de motores eléctricos, el motor trifásico de inducción jaula de ardilla, es el que más se usa en el ámbito industrial. Característica:

Bajo costo Bajo mantenimiento Fácil de adquirir Alto grado de protección Pocos componentes Robusto Por carecer de chispas internas, puede instalarse en ambientes de riesgo. • Con el avance de la electrónica de potencia, hoy en día se puede variar la velocidad, llegando incluso a desplazar el motor de corriente continua. • • • • • • •

LAS NORMAS Existen dos normas bajo las cuales se fabrican los motores. • IEC Comisión Electrotécnica Internacional que es acogida por la gran mayoría de países y especialmente los europeos (dimensiones IEC son en milímetros). • NEMA Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos Eléctricos. Es una norma nacional de Estados Unidos, pero es común en muchos países (dimensiones NEMA en pulgadas).

EL LUGAR DE INSTALACIÓN. Por norma, todos los motores están diseñados para operar en un ambiente con temperatura no superior a 40 ºC y en una altura no superior a 1000 metros sobre el nivel del mar. La instalación por encima de estas condiciones hará que el motor deba ser operado a una carga menor de la nominal. Las propiedades refrigerantes disminuyen, a mayor altitud, el aire toma una densidad mayor y se tendrá menor flujo de aire.

LA CARGA La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. • Es conveniente hacer un estudio de cuál será el momento de inercia, la curva Par-Velocidad de la carga; para definir cómo será el comportamiento dinámico del motor con su máquina de trabajo. • Las máquinas como bombas y ventiladores tienen un comportamiento específico diferente de molinos, trituradoras y diferente de bandas transportadoras o de máquinas herramientas o elevadores. En todas estas máquinas, los torques de arranque son diferentes y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de una instalación a otra.

LA RED Las principales características que identifican un red eléctrica son la tensión (voltaje) y frecuencia. En el Perú tensión normalizada es 60 Hz. Por lo usual la red industrial es la trifásica de la cual se puede extraer dos tensiones 400 voltios y 230 voltios.

EL ARRANQUE Uno de los momentos más críticos para el motor, la red y la carga es el arranque. Existen los siguientes tipos de arranque: 1. Directo. El motor tendrá una corriente de arranque normal y un par de arranque normal. 2. Estrella-Triángulo. La corriente y el torque se reducen a la tercera parte (hasta tres veces la corriente nominal). 3. Por Autotransformador. El autotransformador es fabricado para entregar al motor una tensión menor de la nominal (puede estar entre el 30% y el 70% ) dependiendo de la aplicación. 4. Arranque electrónico suave. En este método, el arrancador alimenta el motor con una tensión reducida y gradualmente aumenta la tensión hasta la tensión de régimen.

ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO El procedimiento más utilizado en el arranque de los motores trifásicos, es el estrella triángulo (> a 10 HP) El objetivo es que la red no se desestabilice por las altas corrientes consumidas durante el arranque directo.

POTENCIA Y EFICIENCIA DEL MOTOR Un motor eléctrico es una máquina que transforma potencia eléctrica tomada de la red en potencia energía mecánica en el eje. La potencia eléctrica obedece a la siguiente relación P = √3 * V * I * Cos φ donde P: Potencia en kW V: Voltaje o tensión en voltios I: corriente en amperios Cos φ: Factor de potencia La potencia mecánica obedece a la siguiente relación P = T * n / 9550

donde P: Potencia en kW T: torque en Nm

El torque es la capacidad del motor de hacer girar cargas. Al seleccionar un motor, lo primero que se debe considerar es cuál es la velocidad de rotación y cuál será el torque requerido del motor.

EFICIENCIA Capacidad para realizar o cumplir adecuadamente una función Toda máquina consume más potencia de la que entrega, por lo que es importante que consideremos el término de eficiencia. La potencia que el motor consume y no convierte en potencia de salida son pérdidas. La eficiencia se calcula según la siguiente relación

η = Ps / Pe

donde: Ps es la potencia de salida, (potencia en el eje) Pe es la potencia de entrada (potencia eléctrica)

De esta forma, a mayor eficiencia, menor desperdicio y consecuentemente menores costos de operación.

CIRCUITOS.CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN UNA INSTALACIÓN DE AUTOMATISMO.En automatismo eléctrico se distinguen tres tipos de circuitos: • • •

Circuito de potencia o fuerza. Circuito de maniobras o funcional. Circuito de conexiones.

Como ejemplo veamos estos tres circuitos correspondientes al siguiente montaje: Motor trifásico alimentado por contactor accionado mediante interruptor y protección por relé térmico. Circuito de potencia o fuerza: MAGNETOTÉRMICO

CONTACTOR

RELÉ TÉRMICO

MOTOR

L1, L2 y L3 corresponden con las tres fases R, S y T de la corriente alterna trifásica que alimenta el circuito. En cuanto al motor se trata de un motor asíncrono trifásico, que deberá estar conectado en “estrella” o “triangulo”, según sea necesario. Es conveniente indicar las letras o números correspondientes a los terminales de cada mecanismo. Autor: Enrique Vilches

12

Circuito de maniobras:

El circuito de maniobras es el que estará sometido a la menor tensión posible. Teniendo en cuenta que el receptor de este circuito es la bobina (A1-A2) del contactor, la intensidad que circulará por él será muy inferior a la del circuito de fuerza, por lo tanto la sección de los conductores puede ser inferior a la del circuito anterior.

Circuito de conexiones:

Uniendo en un solo esquema el circuito de fuerza y el de maniobras, obtenemos el circuito de conexiones. En él podemos ver con claridad como se conectan todos los elementos de la instalación. Autor: Enrique Vilches

13

Funcionamiento del circuito: Una vez realizado el montaje del circuito, para comprobar su funcionamiento, seguiremos los siguientes pasos: 1. Cerramos el magnetotérmico tripolar del circuito de fuerza MG1. 2. Cerramos el magnetotérmico del circuito de maniobras MG2. 3. Por último cerramos el interruptor I1. La corriente circulará hacia la bobina del contactor KM, apareciendo entre los terminales A1 y A2 una tensión de 220 V. La bobina al tener un núcleo de hierro se convierte en un electroimán, atrayendo los contactos del contactor que se cierran, permitiendo el paso de la corriente hacia el motor. Cuando esté funcionando el motor, el circuito de conexiones quedará de la siguiente forma:

Autor: Enrique Vilches

14

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

1.2 Arranque directo de un motor trifásico desde dos pulsadores o desde un sensor fotoeléctrico y paro desde dos pulsadores o final de carrera Prueba diferentes sensores y detectores a dos hilos y 230 V: finales de carrera, capacitivos, inductivos, fotoeléctricos barrera, reflex, proximidad, bolla, ultrasonidos, etc.

1.3

Inversión de giro manual con dos pulsadores, uno para cada sentido y un pulsador de paro

Accionando los pulsadores escogeremos el sentido de giro del motor (S2 y S3). Los contactores estarán realimentados y enclavados para evitar la simultaneidad de funcionamiento de ambos porque sería un cortocircuito. Cuando entre a funcionar un contactor el otro no podrá funcionar aun cuando se le de la orden de marcha. Se debe pasar por el paro para poder invertir el sentido de giro del motor. Esto ocurre gracias a los contactos auxiliares NC de KM1 y KM2. El motor se parará pulsando el paro S1.

3

CEFIRE DE ELDA

1.4

Circuitos de control temporizados (ton y toff)

Esta práctica tiene el objetivo de introducirnos en el funcionamiento de los temporizadores. En cuanto a su tecnologías de construcción pueden ser neumáticos, electrónicos, enchufables, serie, multitemporizadores, etc. Probaremos los temporizadores más usuales: neumáticos, acoplados a un relé de maniobra o contactor, y electrónicos. Según su forma de actuar pueden ser: - Temporizadores a la conexión. - Temporizadores a la desconexión. - Temporizadores a la conexión-desconexión. - Temporizadores intermitentes (solo electrónicos). Los temporizadores a la conexión son aquellos que activan sus contactos pasado un tiempo a partir de que les hayamos aplicado tensión. Los temporizadores a la desconexión son aquellos que activan sus contactos pasados un tiempo a partir de que les hayamos dejado de aplicar tensión. Los temporizadores intermitentes son aquellos que activan sus contactos intermitentemente después de haberles aplicado tensión. Después de entender el funcionamiento de los diferentes temporizadores vamos a estudiar qué se pueden hacer con ellos mediante los siguientes montajes: Temporizador a la conexión (ton) – Contacto NO L1

Temporizador a la conexión (ton) – Contacto NC L1

1 S1

2

1 S1

2

1 S2

1 KA1

1 S2

1 KM1

2

2

2

2

1 KA1

1 KA1

2

2 1

KA1

KM1

1

H1

1

1

KM1

1

KA1

1

N

2

2

N

2

Temporizador a la desconexión (toff) – Contacto NO

L1

1 S1

2 1 S2

1 KM1

1 KA1

2

2

2

1

KM1

1

H1

1

KA1

1

KM2

1

Verde

N

4

2

2

H2 Verde

2

H1 Verde

Verde

2

2

2

2

2

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

1.5

Arranque estrella-triángulo de un motor trifásico asíncrono

El arrancador estrella triángulo es un procedimiento empleado para el arranque de motores asíncronos de jaula de ardilla trifásicos con una potencia elevada, hasta 11 kw. El motor dispone de 6 bornes accesibles que corresponden al principio y al final de cada bobinado. En funcionamiento normal ha de estar en triángulo, pero durante el arranque se conecta en estrella porque el consumo es 3 veces menor. También el par quedará reducido en un tercio del par nominal durante el arranque. El paso de la conexión estrella a la conexión triángulo del motor se debe realizar cuando el motor haya arrancado un 75% de la velocidad nominal aproximadamente. Es decir, al motor acaba de arrancar en triángulo aunque comience en estrella. a) Conexión de las chapas en la caja de conexiones del motor en estrella. b) Conexión de las chapas en la caja de conexiones del motor en triángulo. a)

b)

Cálculos justificativos:

Curvas de funcionamiento:

5

CEFIRE DE ELDA

El funcionamiento es el siguiente: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Al accionar S2 entra el contactor KM2 que alimenta al motor (contactor de línea). También entra el contactor KM1 que pone en estrella el motor uniendo los extremos del motor. Además una cabeza neumática temporizada en KM2 empieza a temporizar. Arranca con una intensidad inferior a si fuera un arranque directo. Al pasar el tiempo programado, 5 segundos, se abre el contactor KM1 y entra el contactor KM3 poniendo los extremos del motor en triángulo y consumiendo la intensidad nominal en estado permanente una vez ya arrancado el motor. Los contactores KM1 y KM3 estarán enclavados mecánica y eléctricamente para evitar cortocircuitos entre fases. Si accionamos el pulsador de paro S1 se detendrá el motor.

Montaje práctico:

6

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

1.6

Regulación de la velocidad de un motor asíncrono trifásico con 2 devanados independientes (PV y GV)

Los motores de dos velocidades son motores trifásicos con dos devanados separados normalmente cada uno en estrella y teniendo también cada uno de ellos distinto número de polos para obtener una velocidad por cada bobinado. Estos tipos de motores solo se pueden conectar a una tensión y solamente se puede realizar el tipo de arranque directo. Consiste en arrancar un motor de dos velocidades pudiendo seleccionar la velocidad mediante dos pulsadores NO (S2 y S3). Para cambiar de velocidad debemos pasar primero por paro accionando el pulsador NC (S1). Estarán enclavados los dos contactores para evitar la simultaneidad de funcionamiento.

7

CEFIRE DE ELDA

1.7

Arranque de un motor monofásico con desconexión automática por condensador del devanado de arranque

Los motores monofásicos no pueden arrancar solos. Por tanto, se emplean diferentes técnicas para su arranque como el arranque por fase auxiliar y condensador. Es el dispositivo más utilizado. Consiste en situar un condensador en la fase auxiliar. El condensador provoca un desfase inverso al de una inductancia. Por tanto, el funcionamiento durante el período de arranque y la marcha normal es muy similar al de un motor bifásico de campo giratorio. Por otra parte, tanto el par como el factor de potencia son más importantes. Una vez arrancado el motor, es necesario mantener el desfase entre ambas corrientes, pero es posible reducir la capacidad del condensador, ya que la impedancia del estator ha aumentado. El estator incluye un número par de polos y sus bobinados están conectados a la red de alimentación. El rotor en la mayoría de los casos es de jaula.

1.8

Control de velocidad de un motor trifásico asíncrono mediante variador de frecuencia PWM

Se dispone de un variador de velocidad por modulación del ancho de impulso (PWM) SIEMENS MICROMASTER Vector 6SE32 1.5 kW. Consulta los siguientes documentos: -

Guía rápida de funcionamiento. Esquema de conexionado. Listado de parámetros.

Realiza el montaje eléctrico indicado a continuación:

8

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

9

CEFIRE DE ELDA

10

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

Realiza la configuración y ajuste de los siguientes parámetros del variador: -

Características del motor. Tiempo de la rampa de aceleración. Tiempo de la rampa de deceleración. Límite inferior y superior de las frecuencias a controlar. Entradas externas, botonera: giro derecha o a izquierda/velocidad lenta o rápida. Potenciómetro de regulación de velocidad. Funcionamiento JOG. Habilitación/deshabilitación de las entradas externas. Habilitación/deshabilitación del potenciómetro. Magnitud de visionado en el visualizador del variador: Frec de salida, rpm, corriente, etc.

Realiza los siguientes controles de un motor trifásico de rotor en cortocircuito: -

-

Control desde la consola frontal del variador de velocidad. Antes se deberá consultar la placa de características del motor e introducir los datos de éste en los parámetros del variador. Recuerda conectar los devanados del motor en triángulo o en estrella en función del motor, del variador y de la alimentación eléctrica de las que se dispone. Control desde la botonera externa. Control desde la botonera externa y desde el potenciómetro.

Se pueden realizar las siguientes mediciones con el analizador de líneas Fluke 43B: -

Medición instantánea de la tensión PWM y de la corriente. Visionado en modo osciloscopio. Medición de la tensión, corriente, potencia aparente, activa y reactiva y factor de potencia. Muestro de la corriente de arranque. Armónicos de tensión, corriente y potencia. Fluctuaciones de la red eléctrica. Transitorios. Configuración y calibración de las sondas.

Ten en cuenta las siguientes anotaciones cuando nos referimos a control de motores con variadores de velocidad: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Recuerda que los variadores no puede sacar más tensión de salida que la tensión de entrada. La mayoría de los variadores pueden obtener tensión trifásica de salida a partir de tensión monofásica de entrada. No se puede manipular el variador hasta un minuto después de su desconexión para evitar descargas. Si es necesario se ha de poner resistencia de frenado. El variador ha de instalarse dejando las distancias de seguridad según su manual de instrucciones para una correcta disipación térmica. Para evitar las emisiones electromagnéticas se han de seguir las siguientes indicaciones: - Los conductores de control y los de potencia deben ir por separado y apantallados al conductor de tierra de la instalación. - El variador debe estar conectado a tierra. - Se deben poner filtros en la entrada del variador y en las bobinas de los contactores. En el manual de instrucciones de cada variador se indican los filtros a utilizar.

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CEFIRE DE ELDA

1.9

Escalera mecánica

Esquema de fuerza, control y protección de una escalera mecánica de unos grandes almacenes con el siguiente funcionamiento: ƒ ƒ ƒ ƒ

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La escalera se pone en marcha cuando se detecte la presencia de personas con una fotocélula. Funcionará el tiempo suficiente para que suban la personas y salgan de la cinta transportadora: aproximadamente 20 segundos. Existirá un pulsador de funcionamiento Manual y otro de Paro. Si se dispara el relé térmico lucirá un piloto.

MONTAJES PRACTICOS DE AUTOM. ELÉCTRICOS

1.10

Portón corredizo

El acceso al recinto de una empresa está protegido mediante un portón corredizo, que sólo es abierto cuando algún vehículo desea entrar o salir del mismo. El portero se encarga de manejar el control del portón. Realiza la práctica mediante automatismos cableado con contactores y relés.

Requisitos impuestos al control del portón ƒ ƒ ƒ ƒ

El portón se abre y cierra accionando pulsadores en la caseta del portero. El portero puede supervisar el funcionamiento del portón. Normalmente, el portón se abre o cierra por completo. Sin embargo, su desplazamiento puede interrumpirse en cualquier momento. Un aviso luminoso permanece iluminado 5 segundos antes del inicio y durante el movimiento del portón. Mediante un dispositivo de seguridad se evita que al cerrarse el portón puedan resultar lesionadas personas o se aprisionen y deterioren objetos.

Componentes utilizados: K1 K2 S0 S1 S2 S3 S4 S5 H1 K2 K4

Contactor abrir Contactor cerrar Pulsador NC STOP Pulsador NO ABRIR Pulsador NO CERRAR Interruptor de posición NC ABIERTO Interruptor de posición NC CERRADO Barra de presión de seguridad NC Lámpara de aviso Temporizador a la conexión Temporizador a la conexión

Abrir

Cerrar

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Memoria Abrir

1.11

Memoria Cerrar

Lámp. aviso

Abrir KM1

Cerrar KM3

Semáforo

Este circuito es el necesario para poner en funcionamiento un semáforo. El tiempo de encendido de los discos se regulará mediante los temporizadores. El funcionamiento será automático. La secuencia es la siguiente: ƒ Verde 20 segundos. ƒ Ambar 5 segundos. ƒ Rojo 10 segundos. ƒ Un interruptor rotativo de Marcha-Paro enciende el proceso.

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1.12

Circuito secuencial electroneumático con relés monoestables

Circuito de potencia neumático y de control eléctrico con relés monoestables con las siguientes premisas de funcionamiento: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Secuencia automática: A+, B+, B-, C+,A-, CLos cilindros son de doble efecto y poseen detectores de posición, finales de carrera, que detecta tanto la recogida como la salida del vástago. Los solenoides de las válvulas neumáticas de potencia son de 24 V. La alimentación del circuito de control es de 24 V. Pulsador de puesta en marcha manual de ciclo único (PM) Interruptor de puesta en marcha automática de ciclo continuo (PA) Interruptor NC de paro (PP)

CIRCUITO DE FUERZA NEUMÁTICO

FDC1

FDC2

FDC3

FDC5

B

A

SOL1

SOL2

24V

FDC4

C

SOL4

SOL3

CIRCUITO DE MEMORIAS

PP

PM

PA

K1

FDC4

K2

FDC1

K1

K2

K2

K3

K1

K2

SOL5

SOL6

CIRCUITO DE CONTROL (ACCIONAMIENTOS)

FDC5

K1

FDC6

K3

K1

K2

FDC2

K3

SOL1

SOL3

K3

FDC3

SOL4

SOL5

FDC6

SOL2

SOL6

0V

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ARRANQUE DIRECTO EN SECUENCIA FORZADA DE 2 MOTORES TRIFASICOS

CIRCUITO DE POTENCIA DE ARRANQUE DIRECTO EN SECUENCIA FORZADA DE 2 MOTORES TRIFASICOS

CIRCUITO DE MANDO DE ARRANQUE DIRECTO EN SECUENCIA FORZADA DE 2 MOTORES TRIFASICOS

CIRCUITO DE POTENCIA DE ARRANQUE DIRECTO EN SECUENCIA FORZADA DE 3 MOTORES TRIFASICOS

CIRCUITO DE MANDO DE ARRANQUE DIRECTO EN SECUENCIA FORZADA DE 3 MOTORES TRIFASICOS

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4 4.1

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DOCUMENTOS DE APOYO Simbología eléctrica normalizada

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