MÓDULO DE 3° AÑO SISTEMAS ELÉCTRICOS (((INSIBO))): abril 2014

DISPOSITIVOS DE CONTROL ELECTROMAGNÉTICO

CONTACTORES

El contactor es un interruptor accionado por electroimán, y no realiza funciones de protección. Los contactos del contactor tienen la capacidad de abrir y cerrar circuitos en carga.

Contactores

EL CONTACTOR SE DIVIDE EN TRES PARTES FUNDAMENTALES.

1. Contactos de potencia: a través de los cuales se alimenta el circuito de potencia.

2. Contactos auxiliares: utilizados para el circuito de mando o maniobra.

3. Electroimán: Elemento mecánico que acciona los contactos de potencia y maniobra. o auxiliares.

Partes de un contactor

Al alimentar la bobina tanto los contactos principales como los auxiliares cambiarán de posición. Alimentando al motor a través de los contactos principales y cambiando el estado de los contactos auxiliares, cerrando el primero y abriendo el segundo.

ALIMENTACIÓN DE UN MOTOR MEDIANTE CONTACTOR.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTACTORES

· Tensión Asignada.

· Corriente asignada.

· Poder de corte, Pdc.

· Endurancia eléctrica y mecánica.

· Tensión y corriente de alimentación al electroimán.

· Número de polos principales.

· Contactos auxiliares (abiertos, cerrados, y temporizados).

Para cada aplicación necesitaremos un contactor diferente que optimice su funcionamiento.

TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LOS CONTACTORES

CONTACTORES AUXILIARES

Son dispositivos de conmutación auxiliar, accionados por un electroimán, trabajan en conjunto, con el contactor principal para accionar cualquier circuito de carga.

RELÉS

Básicamente se pueden distinguir tres clases de relés:

a) Relé térmico.

b) Relé electromagnético.

c) Relé magnetotérmico.

RELÉ TÉRMICO.

Esta clase de relé, asegura una protección térmica contra sobrecargas pequeñas. Además, debe estar asociado, necesariamente, con fusibles, para asegurar el circuito contra los cortocircuitos. Así, pues, los calibres de los fusibles están determinados por el calibre del relé térmico.

Esta clase de relé tiene tres tipos bien diferenciados:

a) Relé tripolares: son usados en cualquier tipo de fase monofásico, bifásico y trifásico. Su componente principal, es un conjunto de tres bimetales, que se dispara cuando el coeficiente de dilatación se sobrepasa.

b) Relé compensado: Son los que no se ven afectados por la temperatura ambiente.

c) Relé diferencial: Son los que detectan un corte en alguna fase o un desequilibrio entre fases.

d) Relé diferencial: Son los que detectan un corte en alguna fase o un desequilibrio entre fases.

RELÉ ELECTROMAGNÉTICO.

Se utilizan cuando el circuito o el motor, puede sufrir puntas de intensidad y este fenómeno acontece con frecuencia. Esta clase de relé no protege contra las sobrecargas pequeñas y con larga duración.

RELÉ MAGNETOTÉRMICO.

Reúnen las características de los relés térmicos y los relés electromagnéticos. Por consiguiente, se utilizan para proteger contra sobrecargas y contra cortocircuitos y sobrecargas elevadas.

Relé.

El relé más sensible suele emplearse en el circuito de maniobra o para conexiones de menos potencia.

TEMPORIZADORES

Un temporizador es un aparato con el que podemos regular la conexión o desconexión de un circuito eléctrico después de que se ha programado un tiempo. El elemento fundamental del temporizador es un contador binario, encargado de medir los pulsos suministrados por algún circuito oscilador, con una base de tiempo estable y conocida. El tiempo es determinado por una actividad o proceso que se necesite controlar.

Se diferencia del relé, en que los contactos del temporizador no cambian de posición instantáneamente. Podemos clasificar los temporizadores en:

· De conexión: el temporizador recibe tensión y mide un tiempo hasta que libera los contactos.

· De desconexión: cuando el temporizador deja de recibir tensión al cabo de un tiempo, libera los contactos.

Hay diversos tipos de temporizadores desde los que son usados en el hogar para cocinar, hasta los que son usados en la automatización de procesos de industriales, tienen diferentes clases de componentes que tienen como fin la misma función, pero cada uno sirve para algún proceso en específico:

Temporizador térmico: que actúa por calentamiento de una lámina bimetálica, el tiempo se determina por la curva que adquiere la lámina.

Temporizador neumático: está basado en la acción de un muelle (resorte), que se comprime al ser accionado por un electroimán. El muelle ocupa su posición lentamente, ya que el aire entra por un pequeño orificio, al variar el tamaño del orificio cambia el tiempo de recuperación y por consecuencia la temporización.

Temporizador electrónico: el principio es la descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos.

Temporizador magnético: se obtiene insertando en el núcleo magnético, un tubo de cobre.

INTERRUPTOR DE LEVAS T

Son interruptores de maniobra semi-independiente, utilizados en paneles de distribución y circuitos de control de motores de baja tensión.

Son capaces de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condición normal del circuito, condición de sobrecarga y condiciones anormales de operación, tales como corrientes de cortocircuito.

Los interruptores de levas están formados por una serie de módulos sobrepuestos sobre un mismo eje. Cada módulo, a base de materiales plásticos, aloja dos polos de doble ruptura con contactos de aleaciones resistentes a la formación de arcos y soldaduras.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Hasta doce módulos por interruptor.
Capacidad para accionar hasta 72 contactos simultáneamente.
Robustos, eléctricos y mecánicamente.
Contactos de doble ruptura por polo, muy resistentes a los arcos eléctricos.
Alto poder de cierre y corte.
Amplia gama de dispositivos y accesorios.
Varias posibilidades de montaje.
El mismo aparato permite todas las posibilidades de montaje, adaptando la placa en la parte anterior o posterior del interruptor.
Facilidad para la realización de todo tipo de esquemas eléctricos.
Facilidad para la conexión.
Duración mecánica: 1, 000,000 de operaciones.
Bornes protegidos contra contactos accidentales.

INTERRUPTORES FINAL DE CARRERA

MICRORRUPTORES o Final de Carrera: Aplicaciones, e información básica a diferencia de los detectores electrónicos y magnéticos, en general, este grupo de interruptores electro-mecánicos, se basa en los dispositivos con contactos físicos, que realizan la conexión o desconexión, a partir de accionamientos mecánicos, sin electrónica ni accionamientos magnéticos.

Se han venido utilizando desde hace muchos años, en aplicaciones industriales, y aún seguirán utilizándose por muchos años, por su simplicidad, y generalmente por sus buenos resultados en aplicaciones normales, donde no se deban exigir condiciones especiales, como una elevada sensibilidad, una duración de vida muy elevada, u otras exigencias, frecuentes en los actuales dispositivos industriales de alto rendimiento.

Los Interruptores Final de Carrera, se componen normalmente de una caja, un elemento de contacto (cámara de contacto) y un dispositivo mecánico de accionamiento. La utilización de la caja, permite aumentar el grado de protección contra la suciedad, el polvo, objetos extraños, humedad, otros., que podrían condicionar el buen funcionamiento de los contactos eléctricos, y también permite proteger eficazmente los terminales de conexionado, que están sometidos a tensión, evitando así una eventual (pero posible) descarga a los operarios que manejan la máquina.

Existen muchas variantes de cajas protectoras, metálicas, no metálicas, y con un grado de estanqueidad variable, que debe estar definido según las Normas vigentes, como por ejemplo IP 65.

Las cajas, también sirven de soporte de los eventuales accesorios (palancas otros.) de accionamiento, así como también pueden venir provistos de una o más entradas, debidamente roscadas, para acoplar el (o los) prensaestopas para la entrada de los cables de conexión correspondientes.

Los citados prensaestopas, impedirán la entrada de líquidos, suciedad, polvo, otros., al interior del interruptor, si bien hay que tener en cuenta que los prensaestopas, a pesar de estar montados correctamente, no pueden impedir la entrada de agua u otros líquidos, a través del propio cable eléctrico, por capilaridad, si el otro extremo del cable está en contacto con algún líquido, o bien si el deterioro de su funda protectora lo permite.

GUARDAMOTOR

Guardamotor es: un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K.

Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos magneto-térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase.

EL SECCIONADOR ELÉCTRICO

SECCIONADOR.

Con el fin de evitar riesgos innecesarios, los equipos eléctricos deben ser manipulados sin carga o en vacio, tanto si es para su mantenimiento o su reparación. Para poder cumplir con este requisito disponemos de un concepto, el seccionamiento.
El seccionamiento consiste en aislar eléctricamente una instalación o circuito eléctrico de la red de alimentación eléctrica, dejando dicha instalación o circuito sin carga o en vacio.

El seccionamiento se puede realizar con los siguientes dispositivos eléctricos:

El seccionador.
Interruptor seccionador.
Disyuntor o contactor disyuntor, cuando el fabricante especifique esta utilidad.

SECCIONADOR ELÉCTRICO.

El seccionador eléctrico es un dispositivo mecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación según una norma. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulación de un operario. Este dispositivo, por sus características, debe ser utilizado siempre sin carga o en vacio. Es decir, el proceso de desconexión debe seguir necesariamente este orden:

Desconexión del interruptor principal.
Desconexión del seccionador.
Colocación del candado de seguridad en la maneta del seccionador (siempre que sea posible), de esta forma evitamos que otro operario de forma involuntaria conecte el circuito.
Colocación del cartel indicativo de avería eléctrica o similar.
Ahora y SOLAMENTE AHORA, podemos manipular la instalación afectada.

Para el proceso de conexión procederemos de forma inversa:

Conexión del seccionador.
Conexión del interruptor principal.

Este procedimiento no se puede intercambiar, pues en primer lugar, correríamos un grave peligro, y en segundo lugar, el seccionador no actuaría teóricamente por sus propias características constructivas.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS PRINCIPALES.

Normalmente, dispondrá:

1. De un bloque tripolar o tetrapolar de conexión, dependiendo si lleva neutro o no.
2. Una manecilla (Palanca) o dispositivo para manipulación manual, con ranura de candado de seguridad.

3. Uno o dos contactos auxiliares para poderlo acompañar de un contactor, en cuyo caso será el encargado de conectar y desconectar el seccionador, como veremos a continuación.

Contactor de acompañamiento.

La bobina del contactor estará conectada en serie con el contacto auxiliar del seccionador. De esta forma, los contactos del contactor se abren antes y se cierran después que los polos del seccionador.

Acompañamiento de fusibles.

El seccionador, si así lo permite, puede ir acompañado de fusibles, dependerá de sus características físicas.

BOTONERAS Y CABLE PARA CONTROL

CABLE SAE PARA CONTROL

MOTORES ELÉCTRICOS

Motores eléctricos:

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas que transforman en energía mecánica la energía eléctrica que absorben por sus bornes.

Atendiendo al tipo de corriente utilizada para su alimentación, se clasifican en:

Motores de corriente contínua

De excitación independiente.
De excitación serie.
De excitación (shunt) o derivación
De excitación compuesta (compund).

Motores de corriente alterna

Motores síncronos.
Motores asíncronos:

Monofásicos.

· De bobinado auxiliar.

· De espira en cortocircuito.

· Universal.

Trifásicos.

· De rotor bobinado.

· De rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).

Todos los motores de corriente continua así como los síncronos de corriente alterna incluidos en la clasificación anterior tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas.

Los motores de corriente alterna asíncronos, tanto monofásicos como trifásicos, son los que tienen una aplicación más generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento y bajo costo de fabricación.

Se da el nombre de motor asíncrono al motor de corriente alterna cuya parte móvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo.

Aunque a frecuencia industrial la velocidad es fija para un determinado motor, hoy en día se recurre a variadores de frecuencia para regular la velocidad de estos motores.

A. Constitución del motor asíncrono de inducción

Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte móvil (rotor).

El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estator. El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante. El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa.

El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de ardilla, de ahí que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla.

El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes.

B. Campo magnético giratorio

El campo magnético creado por un bobinado trifásico alimentado por corriente alterna es de valor constante pero giratorio y a la velocidad de sincronismo. Este fenómeno se puede comprobar con el estudio de las posiciones que va ocupando la resultante del flujo atendiendo a los sentidos de corriente que van tomando los conductores en el bobinado.

C. Principio de funcionamiento

El funcionamiento del motor asíncrono de inducción se basa en la acción del flujo giratorio generado en el circuito estatórico sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor. El flujo giratorio creado por el bobinado estatórico corta los conductores del rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas. Suponiendo cerrado el bobinado rotórico, es de entender que sus conductores serán recorridos por corrientes eléctricas. La acción mutua del flujo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor originan fuerzas electrodinámicas sobre los propios conductores que arrastran al rotor haciéndolo girar (Ley de Lenz)

La velocidad de rotación del rotor en los motores asíncronos de inducción es siempre inferior a la velocidad de sincronismo (velocidad del flujo giratorio). Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor ha de existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio. A la diferencia entre la velocidad del flujo giratorio y del rotor se le llama deslizamiento.

La velocidad de estos motores, según el principio de funcionamiento y la frecuencia industrial, tiene que ser una velocidad fija, algo menor que la de sincronismo. Gracias a los avances en la electrónica de potencia, actualmente se fabrican arrancadores estáticos que pueden regular la velocidad de estos motores actuando sobre la frecuencia de la alimentación del motor, es decir, convierten la frecuencia industrial de la red en una distinta que se aplica al motor. De ahí que reciban el nombre de convertidores de frecuencia, pudiendo regular la velocidad, amortiguar el arranque e incluso frenarlo.

PARTES DEL MOTOR ELÉCTRICO

ROTOR JAULA DE ARDILLA

ROTOR DEVANADO

ESTATOR

MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA

MOTOR MONOFÁSICO CON CONDENSADOR DE ARRANQUE

MOTOR MONOFÁSICO CON CONDENSADOR DE ARRANQUE Y DE MARCHA

DIAGRAMAS DE CONEXIÓN DE MOTORES MONOFÁSICOS

MOTOR TRIFÁSICO DE ROTOR JAULA DE ARDILLA

MOTOR TRIFÁSICO DE ROTOR DEVANADO

DIAGRAMAS DE CONEXIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS

APARATOS DE MEDICIÓN PARA MOTORES ELÉCTRICOS

EL TACÓMETRO

Un tacómetro (del griego τάχος, tachos, ‘velocidad’ y μέτρον, metron, ‘medida’) es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

EL COSÍMETRO

Un cosímetro, cosenofímetro, cofímetro o fasímetro es un aparato para medir el factor de potencia (cosφ).

Tiene en su interior una bobina de tensión y una de corriente, dispuesta de tal forma que si no existe desfase, la aguja está en 1 (al centro de la escala).

Lo que mide el cosímetro es el desfase que se produce entre la corriente y la tensión producto de las cargas inductivas o capacitivas.

EL VATÍMETRO

El vatímetro es un instrumento que nos permite medir en vatios la energía eléctrica o la tasa de suministro de esta energía, es decir mide la potencia eléctrica. También podemos medir el poder de audiofrecuencia y la frecuencia de utilidad.

Los vatímetros analógicos son instrumentos electrodinámicos. Están compuestos por la fusión de un voltímetro y un amperímetro.

Los vatímetros más comunes están conformados por un par de bobinas fijas (bobinas de corriente), conectada en serie con el circuito y una bobina móvil (bobina voltaje), conectada en paralelo y es la que lleva la aguja que indica la medición de la energía eléctrica.

En los últimos años los vatímetros digitales han reemplazado a los convencionales vatímetros analógicos. Estos vatímetros digitales calculan correctamente el consumo de energía, aun así cuando se enfrentan a grandes cantidades de potencia eléctrica.

CONEXIONADO DE APARATOS DE MEDICIÓN

CONEXIONADO DEL VATÍMETRO

Conexionado de Vatímetros para cargas desequilibradas

Para medir la potencia en sistemas desequilibrados es necesario conocer cada una de las intensidades y tensiones y para ello se pueden utilizar tres vatímetros tal y como se muestra en la imagen.

En este caso, nuestro sistema trifásico dispone de neutro y la potencia total será:

En el supuesto de no contar con neutro se puede formar uno artificial conectando las bobinas voltimétricas de los tres vatímetros, siempre que las resistencias de las tres bobinas sean iguales.

En la práctica, cuando el sistema trifásico carece de neutro no se utiliza el método de los tres vatímetros sino que se recurre al método de Aron, que solamente utiliza dos vatímetros. Este sistema es válido tanto para sistemas equilibrados como desequilibrados.

Conexionado de Vatímetros para cargas equilibradas

Vamos a suponer en primer lugar que nuestro sistema trifásico está equilibrado; siendo así, bastará con disponer de un único vatímetro para obtener la potencia del circuito.

· Medición de la potencia activa: si nuestra red dispone de neutro, dispondremos el vatímetro como se indica en la figura:

Una vez tomada la potencia activa P del vatímetro bastará una simple operación para conocer la potencia del sistema: (P = 3.P1)

Si el sistema trifásico no dispone de neutro, en ese caso deberemos configurar un neutro artificial, para lo cual necesitaremos disponer de dos resistencias cuyo valor resistivo sea igual a la resistencia de la bobina voltimétrica de nuestro vatímetro.