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MANDO DE MOTORES ELÉCTRICOS 1. Introducción 1.1. Principio de un sistema automático:

La automatización es la acción o efecto de automatizar.

Entendemos como automatismo al sistema automático capaz de efectuar sus funciones, controlarlas y dirigirlas, prescindiendo de la intervención directa del hombre. 1.2. Estructura de un sistema automático.

Un sistema automático esta constituido básicamente como se representa en la figura.

2. Sistemas de dispositivos de mando.

Por circuito de mando o de maniobra se entiende el conjunto de aparatos y elementos eléctricos que realizan la conexión o interrupción de la energía eléctrica procedente de la red hacia los receptores (motores, lámparas de descarga, baterías de condensadores..). Su constitución es :

L1

L2 L3

1.- Suministro de Energía

2.- Armario. Potencia maniobra

3.- Pupitre de mando control

M M M

Captadores

Receptores

CABLEADO POTENCIA

5.- Captadores, Detectores, Termostatos etc.

Receptores = Accionadotes motores, Electro válvulas, Resistencias, Lámparas

Máquina

Circuito de maniobra

Circuito de Potencia Circuito de Mando

Contactores Relés de Mando Auxiliares de Mando

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2.1. Contactor:

Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o de una instalación con gran posibilidad de ser accionado a distancia.

2.1.1. Clasificación:

Aunque existen diferentes tipos neumáticos e hidráulicos, los más empleados son los

electromagnéticos. TABLA 1. Clasificación de contactores por el tipo de carga

Categoría Aplicaciones

Corriente alterna

AC-1 Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.

AC-2 Motores de anillos: arranque, inversión de marcha.

AC-3 Motores de rotor en cortocircuito: arranque, desconexión a motor

lanzado.

AC-4 Motores de rotor en cortocircuito: arranque, marcha a impulsos, in versión de marcha.

Corriente continua

DC-1 Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.

DC-2 Motores shunt: arranque, desconexión a motor lanzado.

DC-3 Motores shunt: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos.

DC-4 Motores serie: arranque, desconexión a motor lanzado.

DC-5 Motores serie: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos.

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2.1.2. Constitución y funcionamiento. Simbología.

Al hacer circular una corriente por la bobina se establece un flujo magnético que cierra a través del núcleo y la armadura. El flujo magnético produce una fuerza de atracción desplazando los contadores móviles sobre los fijos y cerrando los contactos principales del circuito de fuerza, y conmutando los del circuito de mando cerrándolos y abriéndolos al dejar de circular la corriente por la bobina desaparece la fuerza de atracción y el contador vuelve al estado de reposo. 2.1.3. Elección de un contador.

Para la elección es necesario conocer las siguientes características la corriente de servicio Ic. En amperios. La categoría de servicio (Receptor que utiliza o conecta) la corriente cortada que depende de la categoría de servicio Ic

ϕCosVPIc**3

=

Para elegir un contactor debemos tener en cuenta el tipo de carga, las posibles sobrecargas, el

número de maniobras y el factor de potencia, además debemos tener presente el tipo de carga, el poder de cierre y el poder de corte.

Elección de un contactor para un circuito que alimenta un motor de jaula de ardilla con las siguientes características. Tensión 220 V trifásica. Potencia, 10 KW, cos f ≥ 0,7.

1. Según indica la norma corresponde una categoría AC3. 5,377,03220

10000⋅

⋅⋅=I

2. La intensidad de servicio es de 37,5 A. 3. El poder de cierre está asegurado por la norma (Tabla 2). La intensidad de arranque de estos motores no alcanza 10 veces la intensidad nominal. Elegiremos un contactor de intensidad nominal de 40 A en categoría AC3.

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TABLA 2. Verificación de los poderes de cierre y de corte asignados. Condiciones de cierre y corte correspondientes a las diversas categorías de empleo1

Cierre Corte Categoría

de empleo

Valor de la intensidad de

empleo asignada I/le U/Ue cos Ie/I Ur/Ue cos2

AC-1 Cualquier valor 1,5 1,1 0,95 1,5 1,1 0,95

AC-2 Cualquier valor 4 1,1 0,65 4 1,1 0,65

Ie ≤ 17A 10 1,1 0,65 8 1,1 0,65

17 A < Ie ≤ 100 A 10 1,1 0,35 8 1,1 0,35 AC-3

Ie > 100A 83 1,1 0,35 64 1,1 0,35

Ie ≤ 17A 12 1,1 0,35 10 1,1 0,35

17 A < le < 100 A 12 1,1 0,35 10 1,1 0,35

Cor

rien

te A

ltern

a1

AC-4

le > 100A 105 1,1 0,35 83 1,1 0,35

I/Ie U/Ue L/R6 (ms) Ic/Ie Ur/Ue

LIR6 (ms)

DC-1 - - - - - - Cualquier valor 4 1,1 2,5 4 1,1 2,5 DC-2

DC-3 M

otor

es

shut

Cualquier valor 4 1,1 2,5 4 1,1 2,5

Cualquier valor 4 1,1 15 4 1,1 15 Cor

rien

te c

ontin

ua

DC-4

DC-5 Mot

ores

se

rie

Cualquier valor 4 1,1 15 4 1,1 15

I = Intensidad establecida. Ie = Intensidad de empleo asignada. It = Intensidad cortada. U = Tensión antes del cierre. Uc = Tensión de empleo asignada. Ur = Tensión de restablecimiento.

1. En corriente alterna, las condiciones de cierre se expresan en valor eficaz, sobreentendiéndose que el valor de cresta de la intensidad asimétrica, puede alcanzar un valor más elevado.

2. Tolerancia para cos f: ± 0,05. 3. Con un mínimo de 1 000 A para Ic 4. Con un mínimo de 500 A para Ic 5. Con un mínimo de 1 200 A para I 6. Tolerancia para UR: ± 15 %.

2.2. Relés de mando.

Los relés de mando son los dispositivos del circuito de mando encargado de realizar operaciones como: tratar órdenes exteriores como pulsadores, mando de señalización y sobre todo validar combinaciones de contactos auxiliares. Se denominan también contactos auxiliares, pero vienen a apoyar el mando de estos.

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2.2.1. Constitución, funcionamiento y simbología.

La constitución de un contactor auxiliar es semejante a los contactores con la diferencia de que no poseen contactos principales y pueden ser instantáneos o temporizados. Estos contactos están diseñados para que atraviesen corrientes pequeñas. Por tanto no pueden accionar circuitos de potencia. A los contadores auxiliares se les pueden acoplar mecánicamente. Bloques de contactos auxiliares.

En un principio de funcionamiento es idéntico al de

los contactores. Al ser un circuito magnético más pequeño, se reduce las pérdidas y se puede tener dispositivo más robusto que un contactor de potencia. Los contactores auxiliares soportan mayor número de maniobras que un contactor de potencia y sus contactos tienen una vida útil muy superior. Como se vera los contactores auxiliares se denominan con la letra K o KA seguidas del número de orden. Con equipos importantes se utiliza KA. 2.3. Auxiliares de mando.

Un auxiliar de mando es un elemento del circuito de mando encargado de asegurar el diálogo entre el usuario del circuito de maniobra y la maquina.

Este diálogo hombre-máquina es un complemento indispensable de todo circuito de maniobra (Automatismo Eléctrico). Permite al operador de la máquina realizar las siguientes operaciones: arrancar o parar la máquina; parada de emergencia; señalización de una avería y seguimiento permanente de las operaciones de la máquina. 2.3.1. Tipos de auxiliares de mando:

Pulsadores; conmutadores de varias posiciones, como elementos de intervención, pilotos de señalización que visualizan una acción (marcha o paro de emergencia...). 2.3.2. Constitución, funcionamiento y simbología

La constitución de los auxiliares de mando es muy sencilla en el caso de los pulsadores que son la parte del pulsador que entra en contacto con el operario y contactos que son los encargados de realizar la acción de mando.

Suelen ser una combinación de contactos Na y Nc y su referenciado es el mismo que el de los contactos auxiliares. El sistema de finales de carrera es muy parecido.

KA1

A1

A2

13

14 44

4331

32

Contactos Auxiliares

21

22

2NC + 2NA

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También se encuentran conmutadores con enclavamiento y todo tipo de mecanismo que ayude a la maniobra.

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Entre las características principales se encuentran (gran resistencia a los ambientes industriales, exactos en su conmutación, aislamiento eléctrico, capacidad de cortar la corriente, choques etc). Tensión de empleo elevada.

Para la elección tendremos en cuenta (Tensión de alimentación del circuito de mando, intensidad de servicio, la categoría del servicio de los contactos en función de la potencia consumida, fuerza de aplicación para que seccionen sus contactos.

Existen todo tipo de mecanismos para facilitar el mando. Entre los mas utilizados

(Interruptores de posición, de control de nivel, cajas de pulsadores, botones giratorios, unidades de señalización, cajas de pulsadores colgantes, combinadores, pedales, etc. 3. Sistemas de control. (Elementos de control)

Los elementos de control son numerosos, interruptores control de nivel, temperatura,

presión, reles temporizados, detectores etc. Todos ellos facilitan el control de los automatismos cableados en los diferentes sistemas industriales. 3.1. Interruptores control de nivel:

Se emplean para controlar la situación de los líquidos y sólidos en un determinado

recipiente. Los interruptores de control de nivel se accionan por procedimientos mecánicos de muy

diversos tipos adaptados a la necesidad.

Tienen cierta similitud con los finales de carrera. Este empleo tiene su mayor utilización para los equipos de control de electro bandas provocando la puesta en marcha o parada según se encuentre el flotador situado en el nivel interior del depósito. También son empleados para controlar el nivel de líquidos los circuitos electrónicos con detectores sumergidos dentro del líquido.

Dispositivos de detección y regulación

Detectores Transductores

ELECTROMECÁNICOS ELECTRÓNICOS PRESIÓN VELOCIDAD

Fotoeléctricos Inductivos

Interruptores de posición

Capacitivos

Presostato Dinamo tacométrica

Detectores de i id d

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3.2. Control de la temperatura:

Para controlar la temperatura se emplean los termostatos, los termopares, los termómetros y los termistores.

Los termostatos son utilizados para detectar un umbral de temperatura. El contacto eléctrico

del termostato cambia de estado cuando la temperatura alcanza el punto de consigna. Se emplean frecuentemente para controlar:

-La temperatura en prensas, compresores, grupos de alimentación, instalaciones de calefacción etc. -Refrigeración en circuitos de aceites. Constituidos por un capilar relleno de un fluido.

El contacto del capilar con el medio exterior provoca en el fluido interior una reacción para abrir o cerrar un circuito.

Las criterios de elección serán según su funcionamiento y la regulación entre dos umbrales.

3.3. Control de la presión.

Los presostatos están destinados a la regulación o al control de una presión o de una depresión de los circuitos neumáticos o hidráulicos.

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Como característica fundamental abren o cierran un circuito por una presión elegida en el aparato. Se utilizan frecuentemente para la puesta en marcha de grupos compresores en función de la presión del depósito.

Para mantener la presión de líquidos en tuberías a niveles aceptables, asegurarse de la

circulación de un nivel de fluido de lubricación o de refrigeración etc..

Los principales criterios de elección son: -Tipo de funcionamiento -Naturaleza de los fluidos -Valor de la presión -Entorno y naturaleza del circuito eléctrico

3.4. Reles temporizados.

La finalidad de los reles temporizados es la de controlar tiempos y en función de los mismos ejecutar acciones en el circuito de maniobra para acciones de entrar, salir, contabilizar. Contrariamente a los contactos instantáneos que cambian de estado a la vez que el rele, los contactos auxiliares temporizados se abren o se cierran después del tiempo de cambio de estado del rele. Los tipos de temporizadores mas utilizados son:

A. Temporizador neumático: Consta de un contactor auxiliar y de un bloque de contactos auxiliares temporizados, acoplados mecánicamente y temporizados reumáticamente.

B. Temporizador electrónico: Consta de un circuito electrónico que

temporiza la apertura o cierre de un contactor en función de que exista alimentación en el temporizador por lo que no necesita de un contactor auxiliar de apoyo

3.4.1. Tipos de temporización:

A. Temporización al trabajo: Retardan el cierre o la apertura de un contactor a partir de la activación del temporizador por la señal de mando. También se le suele llamar temporización a la activación.

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B. Temporizador al reposo: mantiene la posición de un contacto durante un tiempo programado por el usuario después de la desactivación del temporizador. También se les suele llamar a la desactivación.

C. Temporizador al trabajo / reposo. Retarda el cierre o la apertura de un contacto a partir de la activación del temporizador (T1) y mantiene esa posición un tiempo después de la desactivación del mismo (T2).

Otro tipo son los relojes temporizados de 24h.Los relojes horarios tienen múltiples funciones como son:

-El arranque y la desconexión de todo tipo de aparatos (acumuladores, termo, alumbrado etc.) durante un tiempo determinado.

3.5. Detectores de proximidad

- Son un determinado tipo de detectores que se caracterizan por : no tener en su interior parte móvil, tener una vida útil muy elevada, poder ser utilizado en automatismos eléctricos que funcionan en corriente continua (C.C) como son los autómatas programables.

- La detección de los objetos se realiza sin contacto físico con el mismo (sin rozamiento) y no produce ninguna reacción sobre él.

- Funcionan a una distancia muy corta. - Este tipo de detectores electrónicos remplazan muchas funciones de los auxiliares de

mando(pulsadores, interruptores, etc.) siendo el contacto mecánico sustituido por un dispositivo estático (Transistor, tiristor, etc)

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3.5.1. Constitución: Se realiza mediante un circuito electrónico

oscilador por una bobina o inductancia (L) y un condensador. Cuando sus reactancias coinciden el circuito comienza a oscilar.

La salida es estática (transistor) y puede ser NA o

NC. O complementaria NA + NC. También se clasifican en función del número de hilos o cables que salen del detector: Tipo 2 hilos: la carga a controlar va en serie con el detector. Tipo 3 hilos: la carga esta en paralelo con el detector. Alimentación: es la encargada de dar funciones a los circuitos electrónicos del detector existen 3 tipos:

CC 12....24V CA 24.....48V AC 110....240V

3.5.2. Tipos de detectores de proximidad

A. Detectores inductivos: constan esencialmente de un oscilador cuyo bobinado o inductancia (L), constituye la cara sensible del detector. En esta cara se produce un campo magnético alterno. Cuando se coloca un objeto metálico en la proximidad de este campo magnético, la inductancia L aumenta de valor, provocando que el oscilador se detenga. En este instante conmuta la sólida del detector.

B. Detectores capacitivos: consta de un condensador cuyo

condensador constituye la cara sensible del detector. Cuando un material conductor o aislante (líquido, polvo, etc.) se coloca dentro del alcance del detector, modifica el valor de la capacidad, provocando la oscilación. En este instante conmuta la salida del detector.

La forma puede ser cilíndrica con rosca su alcance hasta 20mm.

Rectángulo diseñado para aplicaciones especiales, como seguridad. Su alcance puede ser de hasta 60mm. Los capacitivos solo se fabrican en forma cilíndrica con un alcance de 20mm.

KM

≈+ /

≈− /

Tipo 3 Hilos

KM

≈+ /

≈− /

Tipo 2 Hilos

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La elección del detector son:

1. Conocer el objeto a detectar es decir, material que esta constituido si son metálicos elegiremos detectores inductivos y si no es conductor (líquido, polvo) elegiremos un detector capacitivo.

2. Conocer la distancia a detectar. 3. Elegir el tipo de alimentación.

3.6. Detectores Fotoeléctricos

Los detectores fotoeléctricos son los encargados de emitir una señal luminosa que luego es recibida por el mismo detector u otro, por bloqueo o reenvió de la luz emitida.

La constitución de un detector fotoeléctrico: (emisor-receptor) constituido por un circuito

electrónico emisor emite luz roja visible o infrarroja invisible. Receptor encargado de recibir la luz emitida o reflejada. Amplificador para aumentar la débil señal del receptor. Salida: la señal del amplificador activa o desactiva la salida: puede ser a contacto de relé para contactores o estática para autómatas.

También se clasifican en función del numero de hilos 2 o 3 hilos la alimentación es la encargada de dar tensión a los circuitos electrónicos. También tienen las mismas tensiones de los circuitos (detectores de proximidad)

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3.6.1. Tipos de detectores Se dividen en dos grupos: por bloqueo o interrupción de la luz emitida.

A. Por bloqueo o existen tres tipos. (Sistema de barrera, reflex, polaridad)

- Sistema de barrera. Constituido por un emisor y un receptor separados. Posee un gran alcance 30m. Utilizado un entornos difíciles.

- Sistema Reflex: constituido por un emisor – receptor en el mismo detector utiliza un espejo polarizado como reflector de luz, alcanza 10m su instalación muy sencilla, se utiliza cuando los objetos son pocos reflectantes.

- Sistema Reflex Polarizado: la misma constitución que el Reflex (emisor + receptor + espejo) con la diferencia que puede detectar objetos altamente reflectantes.

B. Por reenvió de la luz emitida de proximidad y combinado.

- Sistema de proximidad: Constituido por un emisor, receptor, en el mismo detector. Utiliza el propio objeto para reenviar la luz al receptor alcance 1´5 m se utiliza en objetos altamente reflectantes.

- Sistema de proximidad o con borrado del plano posterior: tiene la misma constitución que el de proximidad, con la diferencia que detectan cualquier objeto independientemente de su color, alcance 1´5 m.

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- Elección de un detector:

1 Conocer la distancia a la que se encuentra el objeto a detectar 2 Elegir el tipo de detector en función de la reflectancia del objeto 3 Elegir su tipo de alimentación 4 Elegir su tipo de salida

4. Elementos de protección

Se entiende por dispositivo de protección, el encargado de detectar y/o eliminar las posibles áreas o incidentes que puedan producir los receptores o las instalaciones eléctricas y en sus automatismos eléctricos.

4.1. Definiciones 4.1.1. Sobre intensidades o sobrecargas:

Es un aumento del consumo de corriente que sobrepasa a la corriente de servicio ( Ic / del circuito.). Si es permanente, se considera como una sobre intensidad no admisible y, por lo tanto hay que eliminarla. En el caso de que sea una sobre intensidad de corta duración (arranque de motor, instalación de alumbrado etc.) se considera como una sobre intensidad admisible por lo que no es necesaria su eliminación. 4.1.2. Cortocircuito:

Es un aumento del consumo de corriente que sobrepasa, considerablemente a la corriente de servicio (Ic) cuando se produce la unión de varios conductores activos (dos fases o fase y neutro). Es obligatoria la eliminación de este tipo de avería en un tiempo inferior a 5 segundos.

Avería

Sobre intensidades no admisibles

Cortacircuitos Defectos de Aislamientos

Relé Térmico Interruptores automáticos

Fusibles Interruptores Diferenciales

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4.1.3. Defecto de aislamiento: Es la unión entre partes conductoras no activas

(cuadros eléctricos), y partes conductoras activas (cables) sometidos a tensiones nominales. Es necesario tomar medidas de protección y de seguridad de los circuitos, para evitar que estos defectos de aislamientos o Contactor indirecto produzcan daños importantes (peligro a las personas) Los tipos de dispositivos de protección se clasifican según la avería. 4.2. Fusibles

Es un dispositivo de protección con capacidad de cortar (detectar y eliminar) por si solo las sobre intensidades no admisibles y los cortocircuitos que se producen en los receptores. También no actúan, cuando la sobre intensidad sea admisible (arranque de motores, instalación de alumbrado) los fusibles son los dispositivos mas antiguos empleados en la protección. 4.2.1. Tipos de fusibles

- Fusible de roscas: son aquellos fusibles que por su conexión necesitan ser roscado. D y DO se diferencian en su corriente nominal.

- Fusibles cuchillas NH normalizado compuesto de barra fusible en baja tensión y alta capacidad, necesita un accesorio especial para ser cambiado (Maneta)

4.2.2. Clases de fusibles

- Categoría G uso general sobre intensidades y cortocircuitos. - Categoría A para proteger receptores contra cortocircuitos - Clases de servicios L (cables) H (aparatos maniobras) R (semiconductores) Tr

(transformadores)

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Cortocircuitos

Fusibles Interruptores automáticos

Sobreintensidades Fusibles Interruptores automáticos Relés térmicos

Defectos de aislamiento Interruptores diferenciales

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gL Protección de cables y conductores Sobrecargas y cortocircuitos

aM Protección de aparatos de conexión, y acompañando a otros sistemas de protección

Cortocircuitos. La intensidad de disparo es cuatro veces la nominal

gR Protección de sistemas electrónicos, semiconductores etc. Sobrecargas

4.2.3. Elección de un fusible

- Elegir el tipo y la clase según su aplicación - Elegir el calibre o corriente nominal, cuyo valor sea inferior o igual a la corriente de

servicio. Ejemplo 1 Indicar las aplicaciones de los fusibles gL, aM, gTr. Solución: gL: protección general de conductores eléctricos. aM: protección contra cortocircuitos de cuadros de maniobra. gTr: protección general de transformadores. Ejemplo 2 Seleccionar- un fusible para un circuito de instalación de interior a 220 V y con una potencia instalarla de 900 W. Solución:

La intensidad en el circuito es AVP

I 09,4220900

=== Elegimos un fusible DO1 de 4 A.

4.3. Interruptores diferenciales

Un interruptor diferencial es

un dispositivo de protección con capacidad de detectar y eliminar, por si solo, los defectos de aislamiento que se producen en los receptores.

Este dispositivo tiene una

gran importancia y es obligatorio colocarlo al principio del circuito. Este dispositivo necesita estar protegido frente a sobreintensidades y cortacircuitos, colocando un magneto térmico antes del mismo.

FUSIBLES

Tipo D01 D02

2 20

4 25 6 32

Calibre (A) 8 40 10 50 12 63

16

17

4.3.1. Constitución. Funcionamiento. Simbología.

1. contactos principales: encargado de abrir el circuito cuando se produce el defecto de aislamiento.

2. Relé diferencial: elemento encargado de abrir los contactos principales mediante encadenamiento mecánico.

3. Bobina secundaria elemento encargado de detectar la corriente de defecto, cuando se produce un defecto de aislamiento

4. Transformador: es el encargado de analizar el flujo magnético producido por la corriente de defecto

5. Pulsador de Test: mediante este pulsador creamos un defecto de aislamiento entre la fase y el neutro, activando el interruptor diferencial.

Cuando no existe ningún defecto de aislamiento en la instalación, la suma vectorial de las

corrientes de cada una de las líneas es nula, por lo que no existe corriente de defecto. Pero cuando se produce un defecto de aislamiento, la suma vectorial de las corrientes no es nula, apareciendo una corriente de defecto que atraviesa el toroide creando un flujo magnético. Este flujo magnético atraviesa la bobina secundaria (3) produciendo una tensión (V) en las bornas del ele diferencial (2) el cual activa la apertura de los contactos principales del diferencial. 4.3.2. Elección del interruptor diferencial Para la elección de un interruptor diferencial tenemos que realizar los siguientes pasos:

1. Conocer el valor de la resistencia de puesta a tierra (Rt), siempre que se cumpla la

condición de la Instrucción Técnica 023, apdo. 4.1 c.

RtVlId =

Id = Intensidad de defecto Vl = Tensión de seguridad Rt = Valor de la resistencia de tierra

2. Obtener la corriente de defecto (Id) que se deriva a tierra a partir de la expresión, en donde

VL es la tensión de seguridad.

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3. La sensibilidad del diferencial (I∆ n) se obtiene a partir del tiempo máximo de intervención de la protección (tabla). De la relación obtenida en la tabla, se despeja la sensibilidad del interruptor diferencial (I∆ n). Cuanto mayor sea la corriente de defecto, menor es el tiempo de intervención del interruptor diferencial. Normalmente, si queremos máxima protección, este tiempo será de 30 mseg.

Ejemplo 4 Elegir el interruptor diferencial más adecuado, si las características de la instalación son: - Resistencia depuesta a tierra (Rt): 10 Ω - Tensión de seguridad (VL): 25 V (húmedo) - Tiempo de intervención (t): 30 mseg. Solución: 1. La corriente de defecto se obtiene aplicando la expresión, .siendo

ARV

It

Ld 5,2

1025

===

2. La sensibilidad del diferencial se obtiene a partir de la relación de la tabla:

10=∆n

d

II

t = 30 mseg

mAI

I dn 250

105,2

10==⟨∆

Por lo que el diferencial a elegir debe ser inferior a 250 mA. Elegimos el de 30 mA. 4.4. Interruptores Automáticos. (Magneto térmicos)

Un interruptor automático o magneto térmico es un dispositivo de protección con capacidad de cortar (detector y eliminar) por si solo las sobre intensidades no admisibles y los cortocircuitos que se producen en los receptores sin abrir los contactos, cuando la sobre intensidad sea admisible (arranque de motores, instalación de alumbrado etc..) este dispositivo no debe utilizarse como elemento de maniobra ya que su estado de reposo es con sus contactos cerrados.

Id / I∆n t (mseg) 1 1.000 2 150

10 30

19

4.4.1. Constitución funcionamiento simbología

1. Palanca trinquete la palanca es la encargada de accionar manualmente el I. El trinquete es el juego de palanca y resorte que mantiene en posición de reposo (cerrado) cuando la palanca esta en ON.

2. Bobina magnética es la encargada de abrir el contacto móvil cuando la corriente que

atraviesa el interruptor automático supera la corriente magnética (Irm) el tiempo de apertura es instantánea de orden de 5 mseg.

3. Bimetal es la lámina encargada de abrir el contacto móvil cuando la corriente que atraviesa

al interruptor automático es superior a la corriente nominal.

4. Contacto fijo o elemento donde se conectan la línea y el receptor.

5. Contacto móvil este elemento se abre por la acción de la bobina magnética y por la acción del bimetal, entre estos elementos se encuentra la cámara de extinciones de arco eléctrico que se produce cuando se abre el contacto móvil.

Este tipo de dispositivo tiene dos modos

de funcionamiento que depende del valor de la corriente que lo atraviesa, y que lo representan mediante una curva grafica (curva de disparo que relaciona su tiempo de intervención (T) en función de esa corriente (I/In) si la corriente que atraviesa el magneto térmico (I) es inferior a la corriente magneto térmica (Irm) y superior a la corriente nominal (in) estamos en el modo de funcionamiento de sobre intensidades si la corriente es superior a la magnética (I) estamos en el modo de funcionamiento de cortocircuito.

La parte de dispositivo que interviene cuando se produce la sobreintensidad es el (bimetal)

liberando el trinquete y abriendo el contacto móvil. Cuando se produce el cortocircuito interviene la bobina magnética, que desplaza un vástago abriendo el contacto móvil.

I> I> I>

Contactos fijos

Contactos fijos

Contactos móviles

Palanca trinqueta

Bimetal

Bobina magnética

4

2

3

4

1 5

2000

2

0,005

I I’ Irm I” I/In

T (seg)

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4.4.2. Elección de Interruptor Automático

1. Elegir el tipo de curva de dispara mas adecuada

2. Elegir el calibre o corriente nominal según tabla, cuyo valor sea inferior o igual a la corriente de servicio.

Tipo de curva de disparo

Corriente de magnético (Irm / In)

Calibre(In ) (A) Aplicaciones

ICP. M 8

1,5 3 3,5 5

7,5

Interruptor de control de potencia en instalaciones de vivienda (ICP).

B 5 Protección generadores, de personas ygrandes longitudes de cable.

C 10 Protección general.

D 20 Protección de receptores con elevadascorrientes de arranque.

Z 3,6

2 3 4 6

10 16 20 25

Protección de circuitos electrónicos.

Ejemplo 2 Elegir el interruptor automático más adecuado para proteger un receptor trifásico, que consume 10 A y en su arranque se produce una sobreintensidad admisible de 12 veces esa corriente.

Solución:

1. La curva de disparo a elegir será la D, por ser la corriente de magnético (20 - 10 = 200 A) superior a la sobreintensidad admisible (12 - 10 = 120 A), y no actuaría el interruptor automático. Las demás curvas no se pueden elegir por ser inferior la corriente de magnético que la de servicio, y actuaría la protección. 2. El calibre a elegir es de 10 A, por ser igual a la corriente de servicio. 4.5. Relés Térmicos

Un relé térmico es un dispositivo de protección con capacidad de detectar las sobre intensidades no admisibles que atraviesan los receptores sin intervenir, cuando esta admisible (arranque de motores, instalación de alumbrado et) este dispositivo no es capaz de realizar por si solo la desconexión necesita otro elemento que realice la desconexión del receptor (Contactor)

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4.5.1. Clasificación, constitución, funcionamiento y simbología Se clasifican en:

- Tripolares los utilizados en receptores trifásicos, monofasicos, bifásicos - Tripolares diferenciales son capaces de detectar cuando ha fallado una de las fases de

alimentación - Tripolares compensados son insensibles a las variaciones de temperatura ambiente

4.5.2.Las partes básicas de un relé térmico son:

1. Bimetales o contactos principales: constituidos por la asociación de dos metales con coeficiente de dilatación distinto.

2. Contactos auxiliares destinados a abrir o cerrar los circuitos

de mando. Suelen ser de uno abierto y otro cerrado en su posición de reposo.

3. Pulsador de prueba: utilizado para activar el relé y así

comprobar el buen funcionamiento del mismo. Se les suele llamar también “pulsador de test”

4. Bobinas calefactoras: son las encargadas de calentar a los

bimetales

5. Resorte hace volver a la posición de reposo a los contactos auxiliares.

4.5.3. Funcionamiento:

Cuando la sobreintensidad no admisible atraviesa las bobinas calefactoras cuya sección es en función de la corriente a controlar, provoca la deformación de los bimetales, esta deformación produce el desplazamiento de los contactos auxiliares NC utilizando para interrumpir la corriente del contactor (circuito de maniobra), y el NA para señalizar la avería de desconexión del elemento receptor estos contactos son simbolizado por números (NA 97 98 ) (NC 95 96) Elección es importante conocer los siguientes puntos:

- Clase de disparo: tiempo máximo que puede soportar una sobre intensidad no admisible sin quedar fuera de servicio.

- La corriente de servicio (IC) que consume en (A) para poder elegir el relé térmico poseen un margen de ajustes.

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Ejemplo I

Elegir el relé térmico trifásico más adecuado para un circuito de calefacción eléctrica, formado por resistencias débilmente inductivas, cuyas características son las siguientes: - Tensión nominal: 220 V. - Factor de potencia: 0,95 inductivo. - Potencia total: 5 kW. - Tiempo máximo de sobreintensidad a 7,2 - 1,. es de 18 seg. Dibujar el esquema completo de maniobra (potencia) y protección. Solución: La clase de disparo para esta aplicación es la clase 20. La corriente de servicio (le) se obtiene aplicando la siguiente expresión:

AV

PI e 81,1395,02203

000.5cos3

=⋅⋅

=⋅⋅

=ϕ

Por tanto, el margen de variación de la corriente del térmico elegida es, según la tabla 2, de 12 ... 18 para clase 20. Tabla 1 Tabla 2

Clase Margen de variación Ir (A)

10 A

0,10 ... 0,16 0,16 ... 0,25 0,25 ... 0,40 0,40 ... 0,63

0,63 ... 1 0,1 ... 1,6 1,25 ... 2

20

2,5 ... 4 4 ... 6

5,5 … 8 7 ... 10 9 ... 13

12 ... 18 17 ... 25

Tiempo de disparo

Clase 1.5 Ir 7,2 Ir

10 A < 2 min. 2 – 10 s

10 < 4 min. 4 – 10 s

20 < 8 min. 6 – 20 s

30 < 12 min. 9 – 30 s

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5. Elementos de medida:

La palabra medida indica comparación entre dos magnitudes: una magnitud conocida llamada patrón, y una desconocida. El resultado de la comparación puede obtenerse por dos procedimientos.

- Medición directa: comparando las dos magnitudes directamente.

- Medición Indirecta: las magnitudes eléctricas (tensión, intensidad). También pueden

compararse e indicarse el resultado de la comparación. La mayoría de los instrumentos de medida indican el valor de la magnitud medida de forma indirecta: mediante la desviación de una aguja (magnitud geométrica) o mediante la indicación numérica (pantalla de cristal LCD)

Los valores de las magnitudes (tensión, corriente, frecuencia) de las instalaciones eléctricas se obtienen en la práctica industrial con aparatos o instrumentos de medidas que miden: 5.1. Aparatos

A. En función de la Magnitud: voltímetro, amperímetros, vatimetro.

Aparatos de medida

ANALÓGICOS DIGITALES

Potencia Corriente Tensión

Vatímetro Amperímetro Voltímetro

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B. En función del tratamiento que recibe la magnitud: Analógicas: (desplazamientos de una aguja) Digitales: ( la magnitud se transforma en señal digital)

C. Atendiendo la mecanismo que desplaza la aguja.

- De hiero móvil: el movimiento se realiza por expulsión de dos placas imantadas. - Electrodinámicas: el movimiento de la aguja. Situada sobre una bobina móvil es debido al

par de fuerzas creada por las corrientes que circulan por dicha bobina y otra fija.

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26

5.2. Características de los instrumentos de medida

En todos los instrumentos existen diferentes escalas de medida cada escala permite unos márgenes de medida o al valor máximo llamado fondo escala. Hay instrumentos que seleccionando automáticamente la escala y otro lo debemos seleccionar con el llamado selector de escala. 5.3. Precisión. Exactitud. Error - Precisión: un instrumento es más preciso cuando distintas medidas de una misma magnitud

indica el mismo valor. - Exactitud: un instrumento es más exacto cuanto mas se aproxima la indicación de la magnitud

medida a su valor real. - Error: al realizar medidas siempre se comete errores, es decir, la magnitud indicada por el

aparato coincide con su valor real. Estos errores tienen varias causas: 5.4. Errores de medida. Clasificación de los errores

A. Errores sistemáticos

- Personales: por el operador mala conexión, interpretación lectura. Etc… - De procedimientos: el método de medida no sea el mas adecuado. - Ambientales: la temperatura es lo que mas influye en los aparatos.

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B. Errores accidentales

Pueden ser muchas causas para evitar estos tomar en cuenta. - Instrumentos adecuados para medir - Seleccionar la magnitud correcta. - Conectar las puntas de prueba en la entrada adecuada - Situar el conmutador en la escala mas alta para evitar daños al instrumento. - Contrastar medidas con otros instrumentos - Contrastar con otro instrumento patrón.

C. Error Absoluto y Relativo

- Error absoluto: es la diferencia que hay entre el valor medido y el valor real. El valor real no sabemos, ya que el objetivo de la medida es conocerlo: por este motivo se toma el valor real el resultado de la medida con un instrumento patrón. EaS = VL - VP

- Error relativo: el error relativo se refiere al valor real o al final de la escala del instrumento podemos distinguir entre error relativo porcentual Er = Eab x 100 y el error relativo referido al final de escala mucho mas útil que el anterior; se calcula también

como porcentaje, pero referido al final de escala. cV

EaScErγ

γ 100⋅=

5.5. Elección de un aparato de medida Para la elección de un aparato de medida electromecánico es necesario conocer el valor

máximo de las magnitudes eléctricas a medir, como son:

- La corriente de servicio (le) que consume el receptor en amperios (A). - La tensión de alimentación en voltios (V).

Los pasos a seguir para la elección de un aparato de medida electromecánico son los

siguientes:

1. Conocer el tipo de señal a medir, alterna senoidal (CA) o continua (CC) (tabla 2) y si el receptor es monofásico o trifásico.

2. A partir de la magnitud a medir -corriente, tensión o potencia eléctrica- elegir el alcance*

del aparato de medida. Hay que intentar, dentro de lo posible, que el fondo de escala* sea próximo al valor máximo a medir. Los valores más utilizados para corrientes son de 0,06; 0,3; 1,5; 5 y 30 A, mientras que para tensiones son de 6, 30, 150, 300 y 650 V.

3. Elegir la clase de precisión* que necesitamos en función de la aplicación. Para su elección,

utilizar la tabla 3.

4. Elegir la posición de trabajo del aparato de medida en función de la colocación del mismo (cuadro eléctrico, pupitre de mando, laboratorio, etc.). Para su elección, utilizar la tabla 4.

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Toda la simbología mostrada en las tablas 1, 2, 3 y 4 aparece impresa en la parte inferior izquierda de cualquier instrumento de medida electromecánico. Ejemplo 1 Elegir el voltímetro y el amperímetro más adecuados para el cuadro eléctrico de un receptor monofásico cuyas características nominales son: tensión nominal: 220 V, corriente: 3 A. Solución:

1. El tipo de señal es alterna senoidal y monofásica, por lo que el aparato de medida tendrá esas características según la tabla 2.

2. El fondo de escala de cada aparato elegido es 300 V para el

voltímetro y de 5 A para el amperímetro.

3. Como es para una aplicación industrial, elegimos una clase de precisión 1,5 para los dos aparatos de medida (tabla 3).

4. La posición de trabajo es vertical, por ser para un cuadro

eléctrico (tabla 4). 5.6. Pasos a seguir

- Conocer el tipo de señal CA CC y si es monofásico o trifásico el aparato. - Elegir el alcance en la medida de lo posible se intenta que el valor de fondo escala sea

próximo al valor a medir - Elegir la clase de precisión que necesitamos en función de la aplicación 0,01-0,05

calibración. 0,1-0,5 Laboratorio: 1-1,5-3-5 Industrial. - Elegir posición de trabajo, horizontales para laboratorios y paneles horizontales. - Verticales para cuadros eléctricos inclinando un Angulo para paneles de mando de una

maquina. 6. Elementos de señalización

Los elementos de señalización son los pilotos basados en una lámpara (neón,

incandescencia) y alimentados a través de un contacto de un contactor auxiliar o relé de mando. Las siglas que determinan el valor de las lámparas y el tipo de lámpara.

C2 color Rojo C3 color Naranja C4 color Amarillo C5 color Verde C6 color Azul C9 color Blanco

Na = vapor de sodio Hg = Mercurio Fl = Fluorescente

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Pulsador Luminoso

Color Servicio Rojo No utilizar Amarillo Atención o precaución. Verde Permiso de arranque Blanco Confirmación de que el circuito se encuentra en tensión. Azul Indica otras funciones

7. Esquemas y automatismos eléctricos

Para una mejor comprensión de los esquemas eléctricos además de una simbología propia, es necesario un marcado de bornas (números, que hacen más comprensibles: los circuitos eléctricos). Este referenciado se realiza con una normalización. 7.1. Marcados de bornas de los aparatos 1. En contactos o polos principales para contactores, seccionadores y relés de protección.

- Aparato tripolar de I a 6. - Aparato tetrapolar de 1 a 8

- Aparato pentapolar de 1 a 10

2. En contactos auxiliares

- 1 y 2 para contactos a la apertura (NC)

- 3 y 4 para contactos al cierre (NA)

- 5 y 6 para contactos de apertura temporizarlos, de paso, decalados, ele protección de relés de sobrecarga.

- 7 y 8 para contactos de cierre de temporizados de calado, de paso, de protección de

relés de sobrecarga. La cifra de las decenas indica el número de orden del contacto en el aparato.

- 9 Seguido de 5 y 6 o 7 y 8 se utiliza para contactos auxiliares de los relés de

protección contra sobrecargas.

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7.2. Designación de elementos

Resumen de marcas de bornas en los principales aparatos eléctricos utilizados en los circuitos.

7.2.1. Redes eléctricas

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7.2.2. Fusibles de protección

7.2.3. Seccionadores

7.2.4. Contactor tripolar

7.2.5. Relés térmicos

7.2.6. Relés auxiliares

7.2.7. Temporizadores

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7.2.8. Pulsadores

7.2.9. Bornas de los motores

7.2.10. Conmutadores

7.2.11. Accionadores

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8. Arranque y maniobra de máquinas eléctricas 8.1. Esquema de potencia y de mando 8.1.1. Introducción

Los aparatos eléctricos se representan por símbolos y con ellos se confeccionan los esquemas eléctricos.

Para el electricista resulta imprescindible conocer los símbolos para de esta forma poder realizar e interpretar los esquemas eléctricos.

Los esquemas representan a las instalaciones y a las funciones que realizan. De la correcta

interpretación se decidirá una buena realización en el caso de que se tenga que materializar en una instalación o en un rápido mantenimiento cuando se trate de reparar una avería. La lectura e interpretación de un esquema debe ser precisa, para así poder transcribir lo representado a una nueva instalación o una acción de mantenimiento de la instalación.

El electricista debe tener la capacidad de efectuar correcciones para añadir o quitar elementos o sustituirlos. En la práctica el electricista va a encontrar varios tipos de esquemas, tal como se indica a continuación. 8.1.2. Símbolos

Los símbolos son la representación simplificada de aparatos eléctricos, elementos de accionamiento, funcionalidades, etc., que son imprescindibles para representar un esquema. 8.1.3. Esquemas de potencia

En los esquemas de potencia se representan los aparatos y conductores por los que circula la corriente que alimenta a los receptores. 8.1.4. Esquemas de maniobra

En los esquemas de maniobra se representan los circuitos y aparatos con los que se acciona a los aparatos del circuito de potencia. 8.1.5. Esquema general de conexiones

El esquema general de conexiones reúne en un mismo esquema, los esquemas de potencia y mando.

Este tipo de esquema puede ser válido cuando se trata de sencillas instalaciones, pero no resulta práctico cuando la instalación es compleja.

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8.1.6. Programación para autómatas programables

La programación de autómatas utiliza diversos lenguajes de programación.

La programación de autómatas va unida a planos que representan al esquema de potencia y a los esquemas de maniobra. 8.1.7. Representación de los esquemas

Los esquemas están representados sobre planos y estos recogidos en dossieres que deben ser siempre simples, claros y precisos. Los dossieres estarán siempre en buen estado, recogiendo el estado real de las instalaciones eléctricas.

Difícilmente se puede realizar una instalación o repararla, si la documentación no está en

buen estado y al día en las correcciones.

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8.2. Función y disposición en los esquemas de los distintos componentes

Para materializar correctamente los esquemas es necesario que en el diseño de los mismos la función y disposición de los diferentes componentes quede correctamente representada y definida su función. De los esquemas representados en la página anterior y que corresponden al de un inversor de giro con protección térmica y mando por pulsadores para las dos marchas y el paro, se van a resaltar sus elementos principales para que quede clara la función de los diferentes elementos en el esquema.

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8.3. Ejemplo práctico

Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico con rotor en cortocircuito, es necesario cambiar el orden de dos de las tres fases de alimentación al motor, tal como se indica en las figuras 1 y 2.

El cambio del orden de las fases puede hacerse con el esquema que se representa a

continuación, utilizando dos contactores.

a) Enclavamiento entre contactores

El esquema de potencia debe tener seguridades que impidan que entren los dos contactores

al mismo tiempo, ya que en caso de darse esta circunstancia, se produciría un cortocircuito al encontrarse dos fases diferentes.

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b) Enclavamiento entre contactos auxiliares El enclavamiento para impedir que entren dos contactores al mismo tiempo, también se

puede conseguir por contactos auxiliares También puede lograrse el enclavamiento a través de pulsadores, aunque no es habitual.

c) Esquema de mando para inversor de giro

A continuación se representa el esquema de mando para un inversor de giro constituido por dos contactores en el que el mando se realiza por medio de pulsadores.

d) Explicación del funcionamiento del esquema de mando

Al pulsar por ejemplo en S2, entre KM1 que se realimenta a través de su contacto auxiliar (a) KM1, normalmente abierto (NA).

Al conectarse KM l se abre en el circuito de KM2 el contacto auxiliar normalmente

cerrado (NC) que impedirá que KM2 pueda recibir corriente a pesar de que se pulse en S3. El paro de cualquiera de los dos sentidos de giro se consigue pulsando en S1, pulsador de

paro.

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e) Esquemas de inversión de giro para motores

Hay muy diversas formas de inversión de giro en cuanto a posicionamiento y que pueden aplicarse a inversores a base de contactores, algunas de las cuales se estudian a continuación. f) Aplicación de inversores de giro

El inversor de giro se utiliza en múltiples aplicaciones, como son entre otras las siguientes:

- Elevadores, montacargas, para subir / bajar - Máquina herramienta para avanzar y retroceder - Bandas transportadoras para dirigir el producto en dos direcciones Esquemas de potencia y mando para el accionamiento de un motor que acciona un

polipasto con fines de curso en sus movimientos de subir y bajar. La marcha es por pulsador y a impulsos.

Habrá giro en el motor mientras se pulse el botón y el descenso o la elevación no estén

limitadas por el fin de curso. El esquema de potencia dispone de protección térmica.

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