UNIDAD 3 AUTOMATISMOS CABLEADOS Y CONTROL DE POTENCIA CONFIGURACIÓN DE INSTALACIONES DOMÓTICAS Y AUTOMÁTICAS Alejandro G. Castro
Configuración de instalaciones domóticas y automáticas
Alejandro G. Castro
ÍNDICE 1.
Automatismos cableados .................................................................................................................... 3
2.
El contactor ........................................................................................................................................... 3
3.
Elección de un contactor ..................................................................................................................... 8
4.
El Relé térmico .................................................................................................................................... 16
5.
Disyuntores ......................................................................................................................................... 20
6.
Fusibles y seccionadores .................................................................................................................. 22
7.
Coordinación de las protecciones contra sobreintensidad ........................................................... 24
8.
Relés de mando................................................................................................................................... 27
9.
Relés de mando temporizado ............................................................................................................ 29
10.
Pulsadores....................................................................................................................................... 32
11.
Pilotos de señalización .................................................................................................................. 34
12.
Interruptores de posición .............................................................................................................. 34
13.
Sensores , Transductores o Detectores....................................................................................... 37
14.
Seguridad en las máquinas ........................................................................................................... 44
15.
Identificación de bornes y conductores....................................................................................... 45
16.
La realimentación ........................................................................................................................... 48
17.
Enclavamientos .............................................................................................................................. 50
18.
Temporización ................................................................................................................................ 50
19.
Ejemplo de diseño .......................................................................................................................... 51
20.
La señalización ............................................................................................................................... 53
21.
Introducción a los motores trifásicos .......................................................................................... 54
22.
Arranque directo de motor asíncrono .......................................................................................... 58
23.
Arranques con reducción de la tensión de alimentación........................................................... 61
24.
Arranque estrella-triángulo............................................................................................................ 61
25.
Variación de velocidad en motores asíncronos .......................................................................... 63
26.
Motor Dahlander ............................................................................................................................. 63
27.
Variadores de frecuencia ............................................................................................................... 65
3-2
Automatismos cableados y control de potencia
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1.
Configuración de instalaciones domóticas y automáticas
Automatismos cableados
La tecnología eléctrica es una de las más utilizadas hoy en día para la realización de automatismos, tanto desde el punto de vista de los accionamientos que gobiernan la maquinaria industrial, como combinada con las tecnologías basadas en autómata programable en los circuitos de mando y control de estos accionamientos. Es necesario por tanto para el oficio de electricista conocer todos estos circuitos que sin duda encontrará en el campo industrial y en algunas utilizaciones particulares en el campo de las instalaciones domésticas y del sector terciario. Junto con esto será necesario conocer el diseño, protección y dimensionado de estos circuitos.
2.
El contactor
El contactor es un aparato de conexión/desconexión, con una sola posición de reposo y mandado a distancia mediante la excitación de la bobina de un electroimán. Interviene en el circuito de fuerza a través de sus contactos principales o de potencia, permitiendo la conexión y desconexión en carga (poder de cierre y de corte). Consta habitualmente de contactos auxiliares conectados también en le circuito de mando. Hay que recalcar que su función principal es permitir la conexión-desconexión a distancia (conmutación de potencia), no tiene función de protección, por lo que deberá asociarse con dispositivos de protección adecuados. Las partes fundamentales de un contactor son las siguientes: a) Circuito magnético , formado por: El núcleo (1) es una pieza, de chapa magnética si el contactor es de corriente alterna o hierro dulce si es de corriente continua, está situado en el interior de la bobina y es el encargado de atraer la armadura cuando esta es excitada. La armadura (2) está construida del mismo material que le núcleo, transmite le movimiento a los contactos cuando es atraída por el núcleo. La bobina (3) es un carrete de hilo de cobre esmaltado que al ser recorrido por corriente crea un campo magnético, que canalizado a través del núcleo produce la atracción de la armadura, maniobrando los contactos. b) Los contactos (4) son los encargados de la conexión y desconexión. Los principales (polos) están en el circuito de fuerza y los auxiliares se conectarán en le circuito de mando. c) Los resortes están constituidos por muelles de presión, su función es regular la presión entre los contactos y muelles antagonistas encargados de separar bruscamente los contactos en la desconexión. d) Las cámaras de extinción son compartimentos donde se alojan los contactos y son las encargadas de alargar, dividir, y extinguir el arco. e) Soportes de fijación de todas las piezas. Figura 3.1, Partes fundamentales de un contactor 4 2 3
1
Figura 3.2, Contactor trifásico (Wikimedia Commons)
Automatismos cableados y control de potencia
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Figura 3.3, Despiece de un contactor (Cortesía Telemecanique)
CARACTERÍSTICAS DEL CONTACTOR: Corriente de llamada (Ia) y mantenimiento (If) Una característica que debemos de tener en cuenta para el diseño de los circuitos de mando, es la corriente que absorben las bobinas de los contactores.
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El valor de corriente necesario para maniobrar el contactor se denomina corriente de llamada (Ia), y es mayor que la que necesaria para mantenerlo cerrado, la corriente de mantenimiento (If). En corriente alterna la impedancia de la bobina es inversamente proporcional a la reluctancia del circuito magnético. El circuito magnético presenta una reluctancia magnética (a) alta cuando está abierto por la existencia de un entrehierro. La corriente necesaria para crear el flujo magnético (a) que sea capaz de atraer la armadura es grande en este caso. Una vez se ha cerrado el contactor, la reluctancia del circuito magnético (f) disminuye mucho al desaparecer el entrehierro. Para crear el mismo flujo magnético (f) es necesaria ahora menos intensidad. (Nota: n=nº de espiras de la bobina).
a
n I a (elevada) a (muy elevada)
; f
n I f (baja ) f (muy baja )
En corriente continua la corriente que absorbe la bobina depende casi exclusivamente del valor resistivo de la bobina. De ahí que se construya para que en un momento inicial absorba la corriente necesaria (Ia) para que el contactor se cierre. Cuando el contactor se cierra la resistencia de la bobina sigue siendo la misma. Para evitar un calentamiento excesivo se dispone de una resistencia adicional que a través de un contacto de apertura se pone es serie al conectar el contactor. Se reduce con ello el consumo de intensidad hasta el valor de mantenimiento (If) inferior al de llamada. Poder de corte: Arco eléctrico Es el valor eficaz de la intensidad que el contactor puede cortar en las condiciones fijadas por las normas. Este valor es más pequeño cuanto más elevada es la tensión de red. Cuando la intensidad a través de los contactos es superior a 1 amperio, y principalmente con cargas inductivas, en la apertura de los contactos se produce un arco eléctrico. Este fenómeno consiste en una descarga eléctrica a través del aire. Está formado por un plasma compuesto de electrones e iones de los polos desprendidos por efecto térmico. El arco eléctrico ioniza el aire y lo vuelve conductor con lo cual prolonga la conexión después de abierto. El arco eléctrico causa problemas en los contactos por las altas temperaturas y es necesario reducir su duración para garantizar la durabilidad de los contactos. Los contactores están dotados de cámaras de extinción del arco o cámara apaga chispas, que consisten en una serie de placas metálicas que favorecen por un lado el fraccionamiento del arco en otros más pequeños y el enfriamiento rápido por al disipar calor por su superficie. Figura 3.4, Extinción del arco eléctrico
Poder de cierre Es el valor eficaz de la intensidad que el contactor puede establecer en la condiciones fijadas por las normas. En la práctica, el poder de cierre es independiente de la tensión de empleo. Intensidad nominal térmica (Ith) Un contactor en posición cerrada puede soportar esta intensidad Ith durante un mínimo de 8 horas sin que los calentamientos sobrepasen los límites fijados por las normas. Automatismos cableados y control de potencia
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Intensidad temporal admisible Un contactor en posición cerrada puede soportar esta intensidad durante un tiempo límite (seg) después de un tiempo de reposo (1h) sin alcanzar calentamientos peligrosos. Tensión asignada de empleo (Ue) Valor de la tensión que, combinada con la corriente asignada de empleo, determina el uso de un contactor o un arrancador y que sirve de referencia a las pruebas correspondientes y a la categoría de empleo. Para los circuitos trifásicos, se expresa con la tensión entre fases. Excepto en casos particulares como los cortocircuitadores rotóricos, la tensión asignada de empleo Ue es como máximo igual a la tensión asignada de aislamiento Ui . Tensión asignada del circuito de control (Uc) Valor asignado de la tensión de control sobre la que se basan las características de funcionamiento. En caso de tensión circuito de control (Uc) alterna, se especifican para una forma de onda casi senoidal (menos del 5 % de distorsión armónica total). Durabilidad eléctrica Se define por el número medio de ciclos de maniobras en carga que pueden realizar los contactos de los polos sin mantenimiento. Durabilidad mecánica Se define como el número medio de ciclos de maniobra en vacío, que el contactor puede realizar sin fallos mecánicos. Categorías de empleo Las categorías de empleo normalizadas fijan los valores de corriente que el contactor debe establecer o cortar. Dependen de: -
El tipo de receptor controlado: motor de jaula o de anillos, resistencias. Las condiciones en la que se realizan los cierres aperturas: motor lanzado, calado o en proceso de arranque, inversión del sentido de marcha, frenado a contracorriente.
Por tanto la categoría de empleo de un contactor está relacionada con la aplicación concreta que se le va a dar. No sólo se tendrá en cuenta la intensidad nominal, si no que tienen especial importancia los transitorios de cierre y apertura. Las categorías de empleo más importantes definidas por la IEC 947-4, para los contactos principales en corriente alterna se citan a continuación. Estas categorías de empleo se tendrán en cuenta para la demás aparamenta eléctrica del circuito de fuerza que haya de cumplir con requerimientos similares a los contactores. AC1 Se aplica a todos los aparatos que funcionan con corriente alterna (receptores), cuyo factor de potencia es mayor o igual a 0,95 (cos ≥ 0,95). Ejemplos de utilización: calefacción, distribución. AC2 Esta categoría rige el arranque, el frenado a contracorriente y el funcionamiento por “impulsos” de los motores de anillos. Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque, próxima a 2,5 veces la corriente nominal del motor. Cuando se abre, debe cortar la corriente de arranque con una tensión como mucho igual a la tensión de la red.
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AC3 Se aplica a los motores de jaula cuyo corte se realiza con el motor lanzado. Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque de 5 a 7 veces la corriente nominal del motor. Cuando se abre, el contactor corta la corriente nominal que absorbe el motor, momento en el que la tensión en las bornas de sus polos equivale aproximadamente al 20 % de la tensión de la red. Corte fácil. Ejemplos de utilización: todos los motores de jaula habituales (ascensores, escaleras mecánicas, cintas transportadoras, elevadores de cangilones, compresores, bombas, mezcladoras, climatizadores, etc.). AC4 Esta categoría se utiliza en las aplicaciones con frenado a contracorriente y marcha por “impulsos” con motores de jaula o de anillos. El contactor se cierra produciéndose un pico de corriente que puede llegar a ser de 5 a 7 veces la corriente nominal del motor. Al abrirse, corta dicha corriente a una tensión tanto más elevada cuanto menor sea la velocidad del motor. Dicha tensión puede ser igual a la de la red. Corte severo. Ejemplos de utilización: máquinas de imprenta, trefiladoras, elevación, metalurgia. En la figura 3.5 se resumen los valores de intensidad que los contactos principales del contactor deben ser capaces de establecer o interrumpir (endurancia eléctrica), en las principales categorías de empleo. Figura 3.5, Intensidades de cierre y apertura para las distintas categorías de empleo, IEC 947-5
Para corriente continua se definen también las correspondientes categorías de empleo. Las tres principales se citan a continuación: DC1 Se aplica a todos los aparatos que funcionan en corriente continua (receptores), cuya constante de tiempo (L/R) es menor o igual a 1 ms. DC3 Esta categoría rige el arranque, el frenado a contracorriente y la marcha por “impulsos” de los motores shunt. Constante de tiempo ≤ 2 ms. Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque, próxima a 2,5 veces la corriente nominal del motor. Automatismos cableados y control de potencia
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Cuando se abre, debe cortar 2,5 veces la corriente de arranque con una tensión como mucho igual a la tensión de la red. La tensión es tanto más elevada cuanto menor es la velocidad del motor, cuya fuerza contraelectromotriz es, por tanto, reducida. Corte difícil. DC 5 Esta categoría se utiliza para el arranque, el frenado a contracorriente y la marcha por “impulsos” de motores serie. Constante de tiempo ≤ 7,5 ms. El contactor se cierra bajo una punta de corriente que puede llegar a ser 2,5 veces la corriente nominal del motor. Cuando se abre, corta esta misma corriente con una tensión tanto mayor cuanto menor sea la velocidad del motor. Dicha tensión puede ser igual a la de la red. Corte severo. La norma IEC 947-5 define así mismo las categorías de empleo para los contactos auxiliares. Es por tanto aplicable a los contactos de relés y demás elementos del circuito de mando, pero también para los contactos auxiliares de los contactores: AC-14 Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que absorban una potencia inferior a 72 VA con el electroimán cerrado. Ejemplo de utilización: control de la bobina de contactores y relés. AC-15 Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que absorban una potencia superior a 72 VA con el electroimán cerrado. Ejemplo de utilización: control de la bobina de contactores. DC-13 Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que tarden en alcanzar el 95% de la corriente en régimen establecido (T = 0,95) un tiempo igual a 6 veces la potencia P que absorbe la carga (con P ≤ 50 W).
3.
Elección de un contactor
Elegir un contactor para una aplicación concreta significa fijar la capacidad de un aparato para establecer, soportar e interrumpir la corriente en el receptor que se desea controlar, en unas condiciones de utilización establecidas, sin recalentamientos ni desgaste excesivo de los contactos. Para elegir correctamente el contactor hay que tener en cuenta: – el tipo y las características del circuito o del receptor que se desea controlar: intensidad y tipo de corriente, tensión, regímenes transitorios en la puesta bajo tensión, etc., – las condiciones de explotación: ciclos de maniobras/hora, factor de marcha, corte en vacío o en carga, categoría de empleo, tipo de coordinación, durabilidad eléctrica deseada, etc., – las condiciones del entorno: temperatura ambiente, altitud cuando sea necesario, etc. La importancia de cada uno de estos criterios es distinta en cada aplicación. Por ejemplo:
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Control de un circuito resistivo. Este tipo de aplicación (por ejemplo resistencias de calentamiento) pertenece a la categoría de empleo AC-1, con un número de ciclos de maniobras reducido. El calentamiento del contactor depende principalmente de la corriente nominal del receptor y del tiempo de paso de esta corriente.
Control de un motor asíncrono de jaula La categoría de empleo de esta aplicación puede ser AC3 (cortes con motor lanzado) o AC-4 (cortes con motor calado). El calentamiento se debe tanto al paso de la corriente nominal del motor como al pico de corriente en el arranque y a la energía de arco en el corte. Por lo tanto, con un calibre de contactor y una categoría de empleo determinados, el calentamiento será mayor cuanto mayor sea la frecuencia de ciclos de maniobras. Así pues, los criterios básicos para elegir el contactor son las categorías de empleo y la frecuencia de ciclos de maniobras.
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Control de receptores con un pico de corriente transitorio elevado en la puesta bajo tensión Este es el caso de, por ejemplo, los primarios de un transformador o de las baterías de condensadores. La corriente de cresta en la puesta bajo tensión de estos aparatos puede llegar a ser más de diez veces superior a la corriente nominal. El poder de cierre asignado del contactor debe ser lo bastante alto como para que la fuerza de repulsión de la corriente transitoria no provoque la apertura no controlada ni la soldadura de los contactos. Este es pues el criterio básico para la elección de un contactor en este tipo de aplicación.
Son muchas y variadas las aplicaciones que requieren contactores. La elección del contactor con el calibre más apropiado depende directamente de las características de cada aplicación. Los fabricantes incluyen en sus catálogos tablas que permiten determinar el calibre de los contactores en función del tipo general de aplicación (distribución o control de motores) y de las tensiones y corrientes utilizadas. Dichas tablas se establecen para: -
cadencias de funcionamiento < a 30 ciclos de maniobras por hora (los motores estándar admiten 6 arranques por hora), - una temperatura ambiente de 40 °C, - una tensión 440 V. En estas condiciones, un contactor puede conmutar una corriente igual a su propia corriente asignada de empleo según las categorías de empleo AC-1 o AC-3. En los demás casos puede ser necesaria una desclasificación, es decir, utilizar un contactor de calibre superior que se determina consultando las tablas o curvas correspondientes. En los siguientes ejemplos los contactores se han elegido utilizando las tablas de elección que figuran en el catálogo general de Telemecanique. Para cada tipo de aplicación, las tablas tienen en cuenta las condiciones de explotación y entorno más habituales. Permiten elegir el contactor más apropiado rápidamente y sin necesidad de cálculos. Los contactores también se pueden elegir según la durabilidad eléctrica deseada. Este es un aspecto a tener en cuenta sobre todo en aquellas categorías de empleo que supongan arranques y paradas continuos. En tal caso, se recomienda consultar las curvas que indican el calibre del contactor que se debe utilizar en función de la corriente cortada, y que figuran igualmente en el catálogo de Telemecanique. Ejemplo 1: Elección de un contactor para circuito alumbrado con lámparas de incandescencia Esta aplicación requiere pocos ciclos de maniobras. Como el cos 1, sólo hay que tener en cuenta la corriente térmica. AC-1 En la puesta bajo tensión (cuando los filamentos están fríos y, por tanto, son poco resistentes) se produce un pico de corriente que puede variar entre 15 y 20 In . Poder cierre > I pico ef. Si el circuito es monofásico, se puede instalar un contactor tetrapolar con los polos montados en paralelo de dos en dos. En tal caso, la corriente no se reparte por igual en cada polo, por lo que conviene aplicar al valor de la corriente térmica convencional del contactor un coeficiente de 1,6 en lugar de 2. DATOS : Distribución uniforme de las lámparas entre las fases y el neutro, es decir, en 230 V
U 400V ; P 22kW ; I p 18 I n Calculamos la corriente de línea de y pico:
P 22000 31,88 A 32 A 3 U 3 230 I p 18 I n 18 32 576 A In
I p ef 576 / 2 407,29 408 A Automatismos cableados y control de potencia
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Escogemos un contactor con corriente convencional térmica 32A con poder de corte 408 A. Buscando en la tabla del catálogo (figura 3.6) podemos utilizar un contactor LC1-D25. Figura 3.6, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 1 (Cortesía Telemecanique)
Comprobamos la durabilidad de este modelo. La durabilidad del LC1-D25 es ligeramente superior a 1,5 millones de ciclos de maniobra: suficiente para esta aplicación. Figura 3.7, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 1 , Durabilidad (Cortesía Telemecanique)
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Ejemplo 2: Elección de un contactor para circuito alumbrado con fluorescencia o lámparas de descarga. Esta aplicación requiere pocos ciclos de maniobras. Consideramos que las lámparas estarán compensadas Como el cos 0.9, sólo hay que tener en cuenta la corriente térmica. AC-1 En la puesta bajo tensión los condensadores de compensación del f.d.p. producen un pico de corriente. Debemos comprobar en el catálogo la compatibilidad. Por ejemplo para la serie D de Telemecanique, esta marca nos indica las capacidades máximas de condensadores que admiten los modelos de esta gama. Figura 3.8, Compatibilidad contactores serie D con condensadores (Cortesía Telemecanique)
Es necesario calcular la corriente teniendo en cuenta el balasto.
IB
n ( P p) U cos
El contactor se elige para IAC1 a 55ºC IB/0,8 en fluorescencia y IAC1 a 55ºC IB/0,6 para otras lámparas de descarga. DATOS : 336 tubos fluorescentes compensados, conectados entre fase y neutro, con una potencia unitaria de 65 W, y repartidos a razón de 112 por fase. U=400 V. Compensados hasta cos=0,9. Calculamos la corriente:
IB
n ( P p ) 112 (65 10) 40,58 A 41A U cos 230 0,9
Elegiremos contactor IAC1 a 55ºC IB/0,8 = 51 A
I B 40,58 50,72 A 51A 0,8 0,8 Según la tabla de elección de contactores (figura 3.9) podemos utilizar un contactor LC1-D40 Figura 3.9, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 2 (Cortesía Telemecanique)
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No siendo necesario comprobar la durabilidad condensadores (figura 3.10).
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del LC1-D40, comprobamos la compatibilidad de los
Figura 3.10, Comprobación de compatibilidad con condensadores (Cortesía Telemecanique)
El LC1-D40 admite una capacidad por tubo de 120F, los condensadores de los fluorescentes no suelen sobrepasar los 10 F, por lo tanto es válido. Ejemplo 3: Elección de un contactor para circuito de calefacción
Datos : U 400V ; P 22kW Calculamos la corriente de línea, teniendo en cuenta una alimentación trifásica:
In
P 22000 31,75 A 32 A U 3 400 3
Elegiremos un contactor con una corriente térmica convencional de este valor como mínimo en categoría AC-1, es decir, un contactor LC1 D25 (figura 3.11) Figura 3.11, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 3 (Cortesía Telemecanique)
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Ejemplo 4: Elección de un contactor para un primario de transformador Independientemente de la carga conectada en el secundario, el pico de corriente magnetizante (valor de cresta) que se produce cuando se pone bajo tensión el primario de un transformador puede llegar a ser, durante la primera mitad de onda, de 25 a 30 veces el valor de la corriente nominal. Es pues necesario tenerla en cuenta para establecer el calibre de los fusibles de protección y del contactor. Atenderemos sobre todo a su poder de cierre. Datos del transformador U 400 V ; S 22 kVA Calculamos la corriente nominal y el pico de corriente:
22000 S 31,75 A 32 A U 3 400 1,73 I p 30 I n 30 32 960 A In
I p ef
960 679 A 2
Elegiremos contactor con Poder de cierre 679 A es decir, un contactor LC1 D40 con un poder de cierre de 800 A. Figura 3.12, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 4 (Cortesía Telemecanique)
Ejemplo 5: Elección de un contactor para un motor asíncrono de jaula Corte con motor lanzado Esta es la aplicación más frecuente. El funcionamiento pertenece a la categoría de empleo AC-3 que puede tener un número elevado de ciclos de maniobras. No es necesario tener en cuenta el pico de corriente en el arranque, ya que siempre es inferior al poder asignado de cierre del contactor. La normativa determina estos valores para que no sea necesaria la comprobación en cada caso. Los contactores elegidos para estos servicios toleran sin peligro un deterioro del 0,5 % de los ciclos de maniobras con corte de motor calado: golpeteo, régimen AC-4 accidental.
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Datos del motor:
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U 400 V ; P 22 kW ; I n 42 A
Por ser un funcionamiento perteneciente a la categoría de empleo AC-3:
I empleo 42 A
I cortada 42 A El contactor será un LC1 D50. Según la tabla de durabilidad en AC-3, este contactor puede realizar cerca de 2 millones de ciclos de maniobras (figuras 3.13 y 3.14). Figura 3.13, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 5 (Cortesía Telemecanique)
Figura 3.14, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 5, Durabilidad (Cortesía Telemecanique)
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Ejemplo 6: Elección de un contactor para un motor asíncrono de jaula o de anillos Corte durante el arranque o el frenado. Las categorías de empleo correspondientes a los motores de anillos y de jaula son, respectivamente, AC-2 y AC-4. Esta aplicación tiene un número elevado de ciclos de maniobras. La corriente que hay que cortar es muy elevada. Con cada corte, el arco que se origina entre los contactos destruye una mínima parte del metal noble con el que están fabricados. El desgaste es más rápido que en la categoría AC-3. Para conseguir una mayor durabilidad en función de la potencia cortada, hay que elegir un contactor de mayor calibre. Datos del motor:
U 400 V ; P 22 kW ; I n 42 A
Objetivo : 1 millón de ciclos de maniobra Si se trata de un motor de anillos categoría AC-2:
Si se trata de un motor de jaula categoría AC-4:
I empleo 42 A I cortada 2,5 I empleo 2,5 42 105 A I empleo 42 A I cortada 6 I empleo 6 42 252 A
En categoría AC2, para 1 millón de ciclos de maniobras y una corriente cortada de 105 A, la tabla de durabilidad establece un contactor LC1-D115 (figura 3.15). Figura 3.15, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 6, AC2, Durabilidad (Cortesía Telemecanique)
AC-2
105 A
A partir de este dato podemos determinar la durabilidad: durabilidad
durabilidad eléctrica [nº ciclos] nº ciclos nº horas nº meses hora mes año
Por ejemplo, con 50 maniobras por hora, 200 horas mensuales y 12 meses al año:
durabilidad
1.000.000 8,3 años 50 200 12
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En categoría AC4, para 1 millón de ciclos de maniobras y una corriente cortada de 252 A, la tabla de durabilidad establece un contactor LC1-F265 (figura 3.16). Figura 3.16, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 6, AC4, Durabilidad (Cortesía Telemecanique)
AC-4
252 A
4.
El Relé térmico
Definición y principio de funcionamiento: Es un relé de protección de sobrecarga utilizado para la protección de motores de corriente alterna. El principio básico de funcionamiento de un relé térmico consiste en una lámina bimetálica constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatación térmica. Cuando aumenta la temperatura debido a una sobrecarga, uno de los dos metales de la lámina se dilata curvándola. Llegado cierto punto acciona un mecanismo que actúa desconectando los contactos del relé. El calentamiento de la lámina puede ser directo, cuando la corriente medida atraviesa la lámina, o indirecto, cuando la corriente circula a través de un elemento de caldeo que recubre la lámina. El relé térmico protege contra: -
Sobrecargas Arranques demasiado lentos Agarrotamiento Ciclos arranque-paro frecuentes
La curvatura que adoptan las biláminas no sólo se debe al calentamiento 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 forma tal 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 (figura 3.17) Los relés térmicos compensados son insensibles a los cambios de la temperatura ambiente, normalmente Comprendida entre –40 C y + 60 C. Este dispositivo 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 el movimiento de una de las dos regletas, provocando el disparo (figura 3.17).
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Los receptores alimentados en corriente monofásica o continua se pueden proteger instalando en serie dos biláminas que permiten utilizar relés sensibles a una pérdida de fase. Para este tipo de aplicaciones, también existen relés no sensibles a una pérdida de fase. Durante el arranque deben permitir la sobreintensidad de arranque del motor, y activarse únicamente si la duración del arranque, resulta excesivamente larga. La duración del arranque normal del motor es distinta 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. Normalmente se instalan asociados a un contactor acoplándose en su parte inferior (figura 3.18). Figura 3.17, Relé térmico, principio de funcionamiento
Figura 3.18, Asociación con contactor
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Curvas de disparo: 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. Relés de clase 20: Admiten arranques de hasta 20 segundos de duración. Relés de clase 30:Para arranques con un máximo de 30 segundos de duración. Observación importante: en las aplicaciones con un arranque prolongado, conviene comprobar que todos los elementos del arrancador (contactores, aparatos de protección contra los cortocircuitos, cables, etc.) están dimensionados para soportar la corriente de arranque sin calentarse demasiado. Figura 3.19, Relé térmico, curvas de disparo (Cortesía Telemecanique)
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Rearme: 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 en la parte frontal del relé), que permite tres procedimientos de rearranque: 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: rearme automático esquema 3 hilos. en los automatismos complejos, el rearranque requiere la presencia de un operario por motivos de índole técnica y de seguridad: rearme automático esquema 2 hilos. 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 cualificado: rearme Manual Figura 3.20, Rearme de relé térmico (Cortesía Telemecanique)
Regulación: 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. Figura 3.21, Frontal del un relé térmico LR2 (Cortesía de Telemecanique)
1. Tapa transparente , puede ser enclavada. 2. Rueda de regulación. 3. Precintado de la tapa. 4. Rearme y conmutación manual-automático. 5. Función parada, actúa sobre el contacto auxiliar NC. 6. Función Tes., simula un disparo del relé. Se presiona con un destornillador.. 7. Señal de disparo
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5.
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Disyuntores
El cortocircuito Un cortocircuito es el contacto directo de dos puntos con potenciales eléctricos distintos: en corriente alterna: contacto entre fases, entre fase y neutro o entre fases y masa conductora, en corriente continua: contacto entre los dos polos o entre la masa y el polo aislado. Las causas pueden ser varias: cables rotos, flojos o pelados, presencia de cuerpos metálicos extraños, depósitos conductores (polvo, humedad, etc.), filtraciones de agua o de otros líquidos conductores, deterioro del receptor o error de cableado durante la puesta en marcha o durante una manipulación. El cortocircuito desencadena un brutal aumento de corriente que en milésimas de segundo puede alcanzar un valor cien veces superior al valor de la corriente de empleo. Dicha corriente genera efectos electrodinámicos y térmicos que pueden dañar gravemente el equipo, los cables y los juegos de barras situados aguas arriba del punto de cortocircuito. Disyuntor magnético o Guardamotor magnético: Para proteger contra el cortocircuito es preciso que los dispositivos de protección detecten el fallo e interrumpan el circuito rápidamente, a ser posible antes de que la corriente alcance su valor máximo. Uno de los dispositivos utilizados es el disyuntor magnético, que protege contra cortocircuitos, dentro de los límites de su poder de corte a través de disparadores magnéticos (un disparador por fase). También pueden proteger contra los contactos indirectos, siguiendo las normas sobre regímenes de neutro, para los esquemas TN o IT. Figura 3.22, Disyuntores magnéticos (Cortesía de Telemecanique)
Figura 3.23, Arrancador directo con disyuntor magnético
Dependiendo del tipo de circuito que se desea proteger (distribución, motor, etc.), el umbral de disparo magnético se situará entre 3 y 15 veces la corriente térmica Ith. Dependiendo del tipo de disyuntor, dicho umbral de disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario.
Todos los disyuntores pueden realizar cortes omnipolares: la puesta en funcionamiento de un solo disparador magnético basta para abrir simultáneamente todos los polos. Cuando la corriente de cortocircuito no es muy elevada, los disyuntores funcionan a mayor velocidad que los fusibles. Combinándolo con un contactor y un relé térmico podemos formar un arrancador directo ( figura 3.23).
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Características de los disyuntores magnéticos: Poder de corte: Es el valor máximo estimado de corriente de cortocircuito que puede interrumpir un disyuntor con una tensión y en unas condiciones determinadas. Se expresa en kiloamperios eficaces simétricos. La norma IEC 947-2 define dos valores para el poder de corte de los disyuntores: el poder asignado de corte último ( Icu ): Es el valor eficaz máximo de corriente que permite realizar un corte correctamente y a continuación una operación de cierre-apertura. el poder asignado de corte de servicio ( Ics ): Es el valor eficaz máximo de corriente que permite realizar un corte correctamente y a continuación dos operaciones de cierre-apertura. Poder de cierre: Es el valor máximo de corriente que puede establecer un disyuntor con su tensión nominal en condiciones determinadas. En corriente alterna, se expresa con el valor de cresta de la corriente. El poder de cierre es igual a k veces el poder de corte, según se indica en la tabla 1 (pertenece a la norma IEC 947-2). Tabla 1, Poder de corte y de cierre, IEC 947-2
Autoprotección: Es la aptitud que posee un aparato para limitar la corriente de cortocircuito con un valor inferior a su propio poder de corte, gracias a su impedancia interna. Poder de limitación: Un disyuntor es además limitador cuando el valor de la corriente que realmente se interrumpe en caso de fallo es muy inferior al de la corriente de cortocircuito estimado. La limitación de la corriente de cortocircuito depende de la velocidad de apertura del aparato y de su capacidad para generar una tensión de arco superior a la tensión de la red. Permite atenuar los efectos térmicos y electrodinámicos, proporcionando así una mejor protección a los cables y al aparellaje. Figura 3.24, Curvas características de un disyuntor magnético (Cortesía de Telemecanique)
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Disyuntor magnetotérmico o Guardamotor: Las funciones de disyuntor magnético y relé térmico se pueden encontrar combinadas en un solo elemento denominado disyuntor magnetotérmico. Figura 3.25, Disyuntores magnetotérmicos (Cortesía de Telemecanique)
Este dispositivo por si solo junto con un contactor puede constituir un arrancador completo para motores de pequeña potencia (figura 3.26) En los disyuntores magnetotérmicos la curva de disparo por sobrecarga es similar a la del relé térmico con los mismos márgenes de regulación. Otra característica usual en los disyuntores, tanto magnéticos como magnetotérmicos es que permiten realizar un seccionamiento del circuito. Figura 3.26, Curvas características de un disyuntor magnetotérmico (Cortesía de Telemecanique)
Figura 3.27, Arrancador con disyuntor magnetotérmico
6.
Fusibles y seccionadores
Son dispositivos de protección contra sobreintensidades. Tienen por finalidad interrumpir el circuito en los que están intercalados, por fusión de uno de sus elementos, cuando la intensidad que recorre el elemento sobrepasa, durante un tiempo, un determinado valor. Generalmente están formados por un cartucho en cuyo interior está el elemento fusible rodeado de algún material que actúa como medio de extinción. Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte muy elevado y un volumen reducido. Para su designación se utiliza el siguiente código de letras:
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Tabla 2, Designación de fusibles Significado
Letra
Fusibles de uso general. Pueden conducir de forma permanente corrientes de intensidad que corresponde al valor asignado y de interrumpir corrientes por fusión , cuando alcance al corriente asignada de desconexión. Fusibles de uso parcial. Pueden conducir en forma permanente corrientes de hasta la intensidad asignada y están en condiciones de interrumpir las corrientes que representan un múltiplo de su valor asignado, hasta alcanzar la corriente asignada de desconexión. Protege cables y conductores. Protege aparatos de maniobra. Protege semiconductores. Protege instalaciones mineras. Protege transformadores.
g
a L M R B Tr
Se dividen según su utilización en categorías o clases de servicio, de las que gG principales, en cuanto utilización.
y aM
son las
Figura 3.28, Fusibles gG y aM, curvas de fusión
gG = Fusible con capacidad para interrumpir todas las corrientes en uso general. gL = Fusible para uso general. Se utilizan en la protección de líneas, estando diseñada su curva de fusión para una respuesta lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. gM = Fusible con capacidad para interrumpir todas las corrientes para uso en motores. gTr = Protegen a los transformadores contra sobrecargas y cortocircuitos, sin limitar su capacidad de carga, además soportan las corrientes típicas de los sistemas de distribución. gC = Protegen a condensadores contra sobrecargas y cortocircuitos. gB = Fusible especialmente desarrollado para su utilización en minas donde los cables son muy largos. Actúa en un corto tiempo, evitando así el calentamiento excesivo del cable. aM = Fusible con capacidad para interrumpir parte de las corrientes y uso en motores. Protegen contra altas sobre intensidades hasta su poder de corte nominal, y deben asociarse a dispositivos de protección térmica contra pequeñas sobre intensidades. aR = Fusible que protege a semiconductores contra corrientes muy intensas como cortocircuitos. gR = Fusible que protege a semiconductores contra sobrecargas y cortocircuitos. Características de los fusibles: Figura 3.29, Curvas de fusión
-
-
-
-
Tensión nominal (U), entre los valores más habituales están 250, 400, 500 , 690 V Corriente nominal (In) , calibre del fusible en amperios (A). Corriente de no fusión (Inf), valor máximo de la corriente que puede soportar el elemento fusible, sin fundirse, durante un tiempo convencional. Corriente de fusión (If), valor de la corriente que provoca la fusión del elemento fusible antes de un tiempo convencional. Duración del corte, tiempo que transcurre entre el momento en que empieza a circular la corriente que provoca la fusión, y el fin de la fusión. Poder de corte (PdC), corriente máxima que un fusible puede cortar sin que la
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tensión de restablecimiento pueda provocar la apertura del arco. El poder de corte de los fusibles es elevado. Seccionadores: Los fusibles se suelen montar asociados con seccionadores (figura 3.30). “El seccionador es un aparato mecánico de conexión que en posición abierta cumple las prescripciones especificadas para la función de seccionamiento” (norma IEC 947-3). Esta función consiste en realizar un corte visible que asegure una separación entre los contactos suficiente para garantizar aislamiento. Las velocidades de cierre y de apertura dependen de la rapidez de accionamiento del operario (maniobra manual dependiente). Por tanto, el seccionador es un aparato de “ruptura lenta” que nunca debe utilizarse con carga. La corriente del circuito debe cortarse previamente con un aparato de conmutación previsto a tal efecto (normalmente un contactor). Figura 3.30, Seccionadores fusibles (Cortesía de Telemacanique)
En la figura 3.30 se muestran diferentes configuraciones que pueden adoptar los seccionadores con fusibles. Pueden estar dotados de la capacidad de interrumpir corrientes, nos referiremos entonces a éstos como interruptor-seccionador (figura 3.30 – c). Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar, uno o dos contactos auxiliares de precorte y un dispositivo de mando lateral o frontal que permite cerrar y abrir los polos manualmente. El contacto auxiliar de precorte se conecta en serie con la bobina del contactor (figura 3.31). Se abre antes y se cierra después que los polos del seccionador, por lo que en caso de manipulación accidental con carga, interrumpe la alimentación de la bobina del contactor antes de que se abran los polos del seccionador. Sin embargo, los contactos de precorte no deben considerarse como un mando de control del contactor, que dispone de su propio mando de Marcha/Paro. Figura 3.31, Seccionadores con contacto de precorte (Cortesía de Telemecanique)
El estado de los contactos debe indicarse de forma segura mediante la posición del dispositivo de control, mediante un indicador mecánico independiente (corte plenamente aparente) o permitiendo que los contactos estén visibles (corte visible). En ningún caso se podrá enclavar el seccionador cuando esté en posición cerrada o cuando sus contactos se hayan soldado accidentalmente.
7.
Coordinación de las protecciones contra sobreintensidad
Coordinación de dos o varios dispositivos de protección de sobreintensidad en serie para asegurar la selectividad y/o la protección de acompañamiento.
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Coordinación Tipo 1. En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. Son aceptados daños en el contactor y el relé de sobrecarga; el arrancador puede quedar no operativo. El relé de cortocircuito del interruptor deberá ser reseteado o, en caso de protección por fusibles, todos ellos deberán ser reemplazados. Automatismos cableados y control de potencia
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Coordinación Tipo 2. En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. El relé de sobrecarga no deberá sufrir ningún daño. Los contactos del contactor podrán sufrir alguna pequeña soldadura fácilmente separable, en cuyo caso no se reemplazan componentes, salvo fusibles. El reseteado del interruptor o cambio de fusibles es similar al caso anterior. Coordinación total. En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a las personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. Según la norma IEC 60947-6-2, en caso de cortocircuito ningún daño ni riesgo de soldadura es aceptado sobre todos los aparatos que componen la salida. Esta norma valida el concepto de “continuidad de servicio”, minimizando los tiempos de mantenimiento.
Para poder garantizar una buena continuidad en le funcionamiento, será preferente la coordinación de las protecciones de tipo 2. Para la elección de las protecciones atenderemos a los siguientes criterios: -
Como se indica en el REBT (ITC BT 047) : “Los conductores de conexión que alimentan a un solo motor deben estar dimensionados para una intensidad del 125 % de la intensidad a plena carga del motor.” Por ello al dimensionar la aparamenta del circuito de alimentación de los motores se considera :
Ie 1,25 In
Donde: Ie= Intensidad de empleo In= intensidad nominal -
A la hora de realizar un arrancador - Contactor más protecciones del circuito de fuerza - es necesario atender a las recomendaciones del fabricante, que nos orientará sobre las combinaciones de aparamenta a emplear. Asociaciones típicas sin fusible. Para cumplir con las 4 funciones de una salida y la coordinación deseada existen varias alternativas. Mencionamos aquí solamente las que garantizan la seguridad durante la explotación para personas e instalaciones; omitiendo las que utilizan fusibles.
o
o
Asociación de 2 elementos.
Un guardamotor (disyuntor magnetotérmico) garantiza las funciones de seccionamiento, protección contra cortocircuitos y sobrecarga.
Un contactor garantiza la función de conmutación. En estos casos la protección térmica, si bien es compensada y sensible a la pérdida de una fase, no tiene la posibilidad de realizar el rearme automático que en algunos casos es necesaria. Dependiendo del guardamotor y contactor elegidos se puede obtener una coordinación tipo 1 ó 2.
Asociación de 3 elementos.
En la figura 3.32 material.
Un guardamotor magnético (disyuntor magnético) garantiza las funciones de seccionamiento y protección contra cortocircuitos.
Un contactor garantiza la función conmutación.
Un relé de protección térmica garantiza la protección contra sobrecarga. En este caso el relé de protección térmica, compensado y diferencial, también tiene la posibilidad de realizar el rearme manual o automático. La discriminación de falla, sobrecarga, cortocircuito se realiza fácilmente. Esta asociación se adapta también a los casos en que debemos utilizar relés térmicos clase 20 o clase 30 y cuando los motores no son estándar (Dahlander, doble bobinado, etc.).
muestran las combinaciones de aparamenta propuestas por Telemecanique en su
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Figura 3.32, Constitución de arrancadores (Guías técnicas Telemecanique)
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Asociaciones con fusible. Se sigue utilizando con frecuencia las asociaciones de protecciones en las que se utilizan los fusibles como protección contra los cortocircuitos, combinados con relé térmico para proteger contra sobrecargas. Los fabricantes facilitan en los catálogos las combinaciones de aparamenta más adecuadas en este caso (figura 3.33). Figura 3.33, Constitución de arrancador con fusibles (Catálogo Protección y Control de Telemecanique)
8.
Relés de mando
Su principio de funcionamiento es similar al del contactor. El relé o relevador (del francés relais, relevo) es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835. Ya que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, una forma de amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores". De ahí "relé". Los relés no tienen contactos de potencia y sus categorías de empleo son las mismas que se aplican a los contactos auxiliares de los contactores: AC-14, AC-15, DC-13. Su función es construir la lógica del circuito de mando del automatismo. Se denominan también, por algunos fabricantes, contactores auxiliares. Para su fácil sustitución en caso de avería, suele estar separado el relé de la base en la que se realiza el cableado. Para la conexión de base con relé existen disposiciones normalizadas de los terminales universal 8 PIN, universal 11 PIN, universal octal (8 pin), universal undecal (11pin), etc. En la figura 3.35 se muestra un ejemplo de catálogo de la composición de un relé. Automatismos cableados y control de potencia
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Figura 3.34, Constitución básica de un relé ( Wikipedia)
Figura 3.35, Relé y base , características (Catálogo RELECO)
Las aplicaciones de los relés son muy variadas: -
3-28
Forman parte de la lógica de los automatismos. Sirven para aumentar el número de contactos de un determinado sensor, relé o contactor. Circuitos de calefacción, telecomunicación. Se utilizan para modificar “traducir” señales, por ejemplo pasar de una pequeña señal de DC en una salida de un autómata a accionar un actuador a 230 V (bornas relé, figura 3.36).
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.36, Bornas relé de Phoenix Contact
Figura 3.37, Tipos de contactos
En los relés los contactos son accionados por un vástago. Éstos conmutan según el vástago avanza o retrocede (figura 3.34). Los contactos pueden ser de varios tipos: -
Normales: en algún instante de funcionamiento están todos abiertos. Esto quiere decir que los cerrados (NC) se abren antes de que se cierren los abiertos (NA).
-
Especiales: o o o
9.
Adelantados : cambian su estado antes que los normales. Retrasados: cambian su estado después que los normales. Solapados: contacto conmutado donde el NO es adelantado y el NC es retrasado. Durante un instante están cerrados los dos simultáneamente.
Relés de mando temporizado
En los sistemas automatizados es necesario en ocasiones introducir temporizaciones en los automatismos. Existes diversos tipos de temporizadores en función de los principios físicos que utilizan en su funcionamiento: eléctricos, electrónicos, mecánicos... Cuando las temporizaciones no son demasiado grandes se utilizan bloques de contactos temporizados que se montan sobre los contactores principales y son accionados por estos. Aunque existen varios tipos de temporizadores, los principales son tres:
Retardo a la conexión: los contactos son accionados un determinado tiempo después de ser excitado el elemento de mando. Retardo a la desconexión: los contactos son accionados al mismo tiempo que el elemento de mando y vuelven al reposo después de transcurrido un determinado tiempo de la desconexión del elemento de mando. Retardo a la conexión - desconexión: Combinación de los dos tipos anteriores.
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Figura 3.38, Relés de mando temporizados
Según la tecnología utilizada para su funcionamiento existen varios tipos principales: Electromecánicos: 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 (figura 3.39). Electrónicos: su funcionamiento se basa en circuitos electrónicos, como por ejemplo los basados en el integrado 555. Son los más usados en la actualidad ya que permiten disponer en un único dispositivo de varias formas de funcionamiento, aumentando las tres temporizaciones principales con nuevos tipos. (Figura 3.40). Neumáticos: El funcionamiento del temporizador neumático esta basado en la acción de un fuelle que se comprime al ser accionado por el electroimán del relee. 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. Se suelen emplear en forma de bloque de contactos auxiliares temporizados montados sobre contactores. Simplifican en gran medida montajes como el arranque estrella- triángulo (figura 3.41) Térmicos: se utilizan en temporizaciones pequeñas. Se basan en la diferencia de coeficientes de dilatación de dos metales que forman una lámina. Ésta recorrida por corriente tardará un determinado tiempo en curvarse.
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.39, Temporizador electromecánico (Cortesía de Crouzet)
Figura 3.40, Temporizador electrónico (Cortesía Crouzet)
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Figura 3.41, Bloque de contactos temporizados (Cortesía de Telemecanique)
10.
Pulsadores
Podemos definir pulsador como un elemento electromecánico de conexión-desconexión a través de unos contactos eléctricos que permanecen activados mientras ejercemos presión sobre el dispositivo, volviendo al reposo en cuanto dejamos de ejercer presión sobre él forzado por un resorte. Son muy utilizadas en aplicaciones de seguridad las setas de emergencia. Éstas una vez accionadas quedan enclavadas, debiendo de realizar el operario alguna operación para desenclavarlas: mediante llave, girándolas, etc. En la figura 3.42 se resumen las principales funciones de pulsación disponibles habitualmente: Figura 3.42, Pulsadores
3-32
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Habitualmente los pulsadores están disponibles en diámetros de 16, 22 y 30 mm, y se construyen por combinación de diferentes partes: contactos, dispositivo de accionamiento, pulsador, dispositivos de sujeción (figura 3.43). Figura 3.43, Distintos tipos de pulsadores
Los colores identificativos de los pulsadores están normalizados según IEC/EN 60073 e IEC/EN 60240-1 (Tabla 3). Tabla 3, Colores normalizados para pulsadores Color
Significado
Aplicación típica -
Parada de emergencia (Sobre fondo amarillo) Medidas antiincendio
ROJO
Emergencia
AMARILLO
Anormal
Acceso para suprimir condiciones anormales o evitar cambios no deseados
VERDE
Normal
Arranque a partir de un estado seguro
AZUL
Forzoso
Función de desenclavamiento
BLANCO GRIS
Sin significado especial
NEGRO
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-
Arranque / CIERRE (preferente) Parada / APERTURA
-
Arranque / CIERRE Parada / APERTURA
-
Arranque / CIERRE Parada / OFF (preferente)
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11.
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Pilotos de señalización
Uno de los métodos atizados para poner de manifiesto estados concretos de funcionamiento de una máquina son los pilotos de señalización. En general se deben señalizar todas las acciones o estados de una máquina que no sean observables directamente por el operario. Forman parte de las mismas gamas de producto que los pulsadores, estando disponibles en los mismos tamaños y diámetros. También pueden formar parte del pulsador en el caso de los pulsadores luminosos. Utilizan diferentes tipos de lámparas-LEDS, neón, incandescencia- adaptándose así a los diversos valores de tensión de los circuitos de mando. Al igual que los pulsadores sus colores están normalizados según IEC/EN 60073 e IEC/EN 60240-1 (Tabla 4). Tabla 4, Colores normalizados para pilotos luminosos Color
Significado
Explicación
Aplicación típica -
ROJO
Emergencia
Aviso ante un posible peligro o estados que exigen una actuación inmediata
-
AMARILLO
Anormal
Estado crítico inminente
-
VERDE
AZUL
BLANCO
12.
Normal
Indicador de condiciones de servicio seguras o validación para seguir con el servicio
-
Fallo en el sistema de lubricación Temperatura fuera de los límites establecidos Se han parado componentes esenciales del equipamiento mediante la actuación de un dispositivo de protección La temperatura (o presión) es distinta al valor normal Sobrecarga cuya duración sólo es admisible dentro de un período de tiempo limitado Desactivación El refrigerante circula Se ha conectado automáticamente el sistema de control de la caldera La máquina está lista para arrancar
Forzoso
Es preciso que el operario actúe
-
Eliminar obstáculo Conmutar avance
Neutral
Puede ser cualquier significado. Puede aplicarse cuando honesta claro que el color ROJO, AMARILLO o VERDE sería el indicado o bien como confirmación
-
El motor gira Indicador de tipos de servicio
Interruptores de posición
También son conocidos como finales de carrera, son dispositivos electromecánicos de conmutación. Son similares a los pulsadores pero están diseñados para ser accionados por partes móviles de la máquina o la planta donde son instalados. Los interruptores de posición electromecánicos se reparten en dos grandes familias: Interruptores de control cuyo papel, en el ámbito de los equipos de automatismo, consiste en detectar la presencia o el paso. Se conectan a las entradas de la unidad de tratamiento de datos.
3-34
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Interruptores de potencia insertados en las fases de alimentación de los accionadotes. Generalmente, su función se limita a la seguridad. Existen gamas completas de interruptores de posición que se componen a base de diferentes partes. Esto permite adaptarlos a las diferentes instalaciones combinado diferentes cabezas y dispositivos de ataque (figura 3.44). Figura 3.44, Composición de un interruptor de posición y dispositivos de ataque (Telemecanique)
En cuanto al modo de funcionamiento podemos distinguir dos tipos: - De ruptura lenta. La velocidad de actuación de los contactos depende de la velocidad con la máquina acciona el dispositivo de ataque. - De ruptura brusca. La velocidad de actuación de los contactos no depende de la velocidad con la que la máquina ataca el interruptor, ya que, mediante unos resortes se consigue la actuación brusca de los contactos al alcanzar un determinado desplazamiento. Además se disponen de los tipos de contacto y composiciones señalados en la figura 3.37 para los contactos de relés de mando. A modo de ejemplo se muestran dos composiciones diferentes de contactos combinados con distintas dispositivos de ataque, y para cada una de ellas, el esquema de actuación de los contactos (figura 3.45). Figura 3.45, Ejemplo de interruptores de posición
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MANIOBRA POSITIVA Los interruptores de posición accionados mecánicamente en circuitos eléctricos, destinados a la seguridad, deben disponer de contactos de maniobra positiva de apertura (EN 60947-5-1/10.91). En este caso el término maniobra positiva de apertura se define según sigue: “La ejecución de una separación de contacto como resultado directo de un movimiento fijo de la unidad de mando del interruptor mediante elementos no flexibles (p. Ej. que no dependen de un resorte)”. La maniobra positiva de apertura es un movimiento de apertura, que garantiza que los contactos principales de un interruptor han alcanzado la posición abierta, cuando la unidad de mando se halla en la posición OFF. Para su utilización en aplicaciones de seguridad es necesario asegurarse que permiten mediante su contacto cerrado la maniobra positiva de apertura. El marcado () garantiza esta funcionalidad. Lo anteriormente dicho no debe confundirse con el funcionamiento en modo positivo. El sistema mecánico de protección de una máquina debe diseñarse correctamente. Para ello conviene que el sistema de protección trabaje de acuerdo con el modo de acción positivo descrito más abajo. Un mantenimiento preventivo permite evitar los fallos peligrosos esquematizados en modo positivo; no es el caso de los fallos representados en modo negativo (los fallos del modo negativo son internos y, por tanto, difíciles de detectar). Un aparato cumple con esta premisa cuando todos los elementos de los contactos de apertura de éste pueden ser llevados con certeza a su posición de apertura (ninguna unión elástica entre los contactos móviles y el elemento de mando en el que se aplica el esfuerzo de accionamiento). Funcionamiento en modo negativo
Máquina en funcionamiento
Máquina parada
Contactos pegados
Muelle roto
Fallos peligrosos en modo negativo que ocasionan que la máquina siga funcionando Funcionamiento en modo positivo
Máquina en funcionamiento
Máquina parada
Alineación incorrecta de la leva Fallos peligrosos en modo positivo que ocasionan que la máquina siga funcionando
Roldada desgastada
Figura 3.46, Funcionamiento en modo negativo y positivo.
Si solo hay un sensor debe instalarse en modo positivo.
3-36
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Funcionamiento en modo combinado Utilizando el modo combinado se evitan los fallos debidos al modo positivo utilizado sólo. El modo negativo sólo es admisible combinado con un sensor en modo positivo; la combinación de ambos modos a través de un sensor en modo positivo y otro en modo negativo permite evitar los riesgos de fallo de modo común (el mismo fallo en ambos sensores).
Máquina en funcionamiento
protector cerrado: máquina en funcionamiento
Protector abierto: máquina parada
Figura 3.47, Funcionamiento en modo combinado
Con el modo combinado se obtiene mayor nivel de seguridad que únicamente con el modo positivo.
13.
Sensores , Transductores o Detectores
Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Respecto a la señal eléctrica de salida se dividen en dos grandes tipos: -
Digitales: la señal de salida es de tipo digital, es decir, toma un número finito de valores. Los más usuales son los de tipo binario, en los que la señal de salida varía entre dos valores bien definidos. Esos son principalmente de los que vamos a tratar.
-
Analógicos: la señal de salida puede tomar cualquier valor dentro de un determinado margen.
Según el tipo de cableado hablamos generalmente de 3 tipos: -
A 2 hilos: Se conectan con dos conductores , conectando el elemento a alimentar en serie. En corriente continua la polaridad se puede intercambiar. Figura 3.48, Sensores a 2 hilos de corriente continua y alterna
-
A 3 hilos: Dos de los conductores son de alimentación, (+) positivo y (-) negativo en corriente continua, o (L) línea o fase y (N) neutro en corriente alterna. El tercer conductor hace las veces de salida, junto con uno de los otros dos. La tensión de salida tiene el mismo valor que la tensión de alimentación. Figura 3.49, Sensores a 3 hilos de corriente continua
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-
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A 4 hilos: Dos de los conductores son de alimentación, (+) positivo y (-) negativo en corriente continua, o (L) línea o fase y (N) neutro en corriente alterna. La salida suele ser un contacto libre de potencial, o una salida con semiconductor. En algunos casos la salida es un contacto conmutado. En los casos en los que la salida es un relé libre de potencial se puede, normalmente alimentar la salida con una tensión diferente al relé. Figura 3.50, Sensores a 4 hilos
Respecto al tipo de cableado están disponibles más tipos que éstos, aunque son los más relevantes. En cualquier caso tendremos en cuenta los valores de tensión en la alimentación y en la salida. Presostatos: Estos aparatos permiten regular o controlar una presión o depresión en los circuitos neumáticos o hidráulicos. Cuando la presión o la depresión alcanzan el valor de reglaje, cambia el estado del contacto NO/NC de ruptura brusca. En el momento en que disminuye la presión o la depresión, teniendo en cuenta el intervalo regulable de ciertos modelos, los contactos vuelven a su posición normal. Los presostatos se utilizan frecuentemente para:
controlar la puesta en marcha de grupos compresores en función de la presión del depósito, asegurarse de la circulación de un fluido lubricante o refrigerador, limitar la presión de ciertas máquinas-herramienta provistas de cilindros hidráulicos, detener el funcionamiento de una máquina en caso de baja presión.
Los principales criterios de selección son los siguientes: tipo de funcionamiento, vigilancia de un umbral o regulación entre dos umbrales, naturaleza de los fluidos (aceites hidráulicos, agua, aire...), valor de la presión que se controla, entorno, tipo de circuito eléctrico, circuito de control (el caso más frecuente), circuito de potencia (presostato de potencia). Figura 3.51, Presostato XML (Cortesía de Telemacanique)
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Detectores de proximidad inductivos: Estos aparatos se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Detectan cualquier objeto metálico sin necesidad de contacto: control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de contaje. Los detectores de proximidad inductivos aportan numerosas ventajas: compatibilidad con los automatismos electrónicos gracias a la posibilidad de cadencias elevadas, durabilidad independiente del número de ciclos de maniobra (ninguna pieza móvil y, por tanto, sin desgaste mecánico, contactos de salida estáticos), adaptación a ambientes húmedos, corrosivos y con atascos, detección de objetos frágiles, recién pintados, etc. Figura 3.52, Detectores inductivos
Figura 3.53, Márgenes de detección de detectores inductivos (Telemecanique)
Un detector de proximidad inductivo detecta la presencia de cualquier objeto de material conductor sin necesidad de contacto físico. Consta de un oscilador, cuyos bobinados forman la cara sensible, y de una etapa de salida. El oscilador crea un campo electromagnético alterno delante de la cara sensible. La frecuencia del campo varía entre 100 y 600 kHz según el modelo. Cuando un objeto conductor penetra en este campo, soporta corrientes inducidas circulares que se desarrollan a su alrededor (efecto piel). Automatismos cableados y control de potencia
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Estas corrientes constituyen una sobrecarga para el sistema oscilador y provocan una reducción de la amplitud de las oscilaciones a medida que se acerca el objeto, hasta bloquearlas por completo. La detección del objeto es efectiva cuando la reducción de la amplitud de las oscilaciones es suficiente para provocar el cambio de estado de la salida del detector. Existes dos tipos según la forma de conexión: A 2 hilos : La puesta en serie sólo es posible con aparatos multitensión, por ejemplo, detectores de 110/220 V o puesta en serie de dos aparatos con alimentación de 220 V. La caída de tensión en las bornas de la carga es igual a la suma de las tensiones residuales de los detectores. En caso de puesta en serie con un contacto mecánico, el detector no se alimenta cuando el contacto está abierto. A su cierre, el detector sólo funciona una vez que transcurre el tiempo de retraso en la disponibilidad. Se desaconseja la puesta en paralelo de detectores de 2 hilos entre sí o con un contacto mecánico. A 3 hilos: La puesta en paralelo de los detectores de 3 hilos no tiene ningún tipo de restricción. Sin embargo, en el caso de puesta en serie, es necesario tener en cuenta los siguientes puntos – el detector d1 transporta la corriente consumida por la carga y las corrientes consumidas, sin carga, de los detectores restantes, – cada detector produce una caída de tensión aproximada de 2 V en estado activado, – cuando el detector d1 pasa al estado activado, el detector d2 sólo funciona una vez transcurrido el tiempo de retraso en la disponibilidad, – utilizar diodos antirretorno con una carga inductiva. Figura 3.54, Conexión y asociación de detectores inductivos.
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Detectores de proximidad capacitivos: Figura 3.55, Detectores capacitivos
Los detectores capacitivos son adecuados para detectar objetos o productos no metálicos de cualquier tipo. Entre las aplicaciones típicas se encuentran: detección de nivel de aceite, agua PVC, colorantes, harina, azúcar, leche en polvo; posicionamiento de cintas transportadoras; detección de bobinas de papel; conteo de piezas metálicas y no metálicas; etc. Un detector de posición capacitivo se compone de un oscilador cuyos condensadores forman la cara sensible. Cuando se sitúa en este campo un material conductor o aislante de permitividad superior a 1, se modifica la capacidad de conexión y se bloquean las oscilaciones. Estos detectores disponen de un potenciómetro de regulación de sensibilidad. En cuando a la forma de conexión se emplean de dos y de tres hilos. En la figura 3.55 se muestran algunos a modo de ejemplo. Detectores fotoeléctricos: Un detector fotoeléctrico detecta un objeto o una persona por medio de un haz luminoso. Sus dos componentes básicos son un emisor y un receptor de luz. La detección es efectiva cuando el objeto penetra en el haz de luz y modifica suficientemente la cantidad de memoria que llega al receptor para provocar el cambio de estado de la salida. Para ello, se siguen dos procedimientos: – bloqueo del haz por el objeto detectado, – retorno del haz sobre el receptor por el objeto detectado. Los detectores fotoeléctricos disponen de un emisor de diodo electroluminiscente y de un receptor de fototransistor. Estos componentes se utilizan por su elevado rendimiento luminoso, su insensibilidad a los golpes y a las vibraciones, su resistencia a la temperatura, su durabilidad prácticamente ilimitada y su velocidad de respuesta. Dependiendo del modelo de detector, la emisión se realiza en infrarrojo o en luz visible verde o roja. La corriente que atraviesa el LED emisor se modula para obtener una emisión luminosa pulsante e insensibilizar los sistemas a la luz ambiente. El haz luminoso emitido se compone de dos zonas: – –
una zona de funcionamiento recomendada en la que la intensidad del haz es suficiente para asegurar una detección normal. Dependiendo del sistema utilizado, barrera, réflex o proximidad, el receptor, el reflector o el objeto detectado deben estar situados en esta zona. una zona en la que la intensidad del haz deja de ser suficiente para garantizar una detección fiable.
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Figura 3.56, Detectores fotoeléctricos, conexión, zonas de detección
Los detectores fotoeléctricos emplean dos procedimientos para detectar objetos: Por bloqueo del haz. En ausencia de un objeto, el haz luminoso alcanza el receptor. Al penetrar en el haz un objeto lo bloquea, por lo tanto: no hay luz en el receptor = detección. Los tres sistemas básicos emplean este procedimiento: o
BARRERA. El emisor y el receptor se sitúan en dos cajas separadas. Es el sistema que permite los mayores alcances, hasta 100 m con ciertos modelos. El haz se emite en infrarrojo o láser. A excepción de los objetos transparentes, que no bloquean el haz luminoso, puede detectar todo tipo de objetos (opacos, reflectantes...) gracias a la excelente precisión que proporciona la forma cilíndrica de la zona útil del haz.
o
RÉFLEX. El emisor y el receptor están situados en una misma caja. En ausencia de un objeto, un reflector devuelve al receptor el haz infrarrojo que emite el emisor. El reflector consta de una elevada cantidad de triedros trirrectángulos de reflexión total cuya propiedad consiste en devolver todo rayo luminoso incidente en la misma dirección.
o
RÉFLEX POLARIZADO. Los objetos brillantes, que en lugar de bloquear el haz reflejan parte de la luz hacia el receptor, no pueden detectarse con un sistema réflex estándar. En estos casos, es preciso utilizar un sistema réflex polarizado. Este tipo de detector emite una luz roja visible y está equipado con dos filtros polarizadores opuestos:
un filtro sobre el emisor que impide el paso de los rayos emitidos en un plano vertical, un filtro sobre el receptor que sólo permite el paso de los rayos recibidos en un plano horizontal.
Por retorno del haz. En ausencia de un objeto, el haz no llega al receptor. Cuando un objeto penetra en el haz, lo envía al receptor: luz en el receptor = detección. Dos sistemas emplean este procedimiento: o
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PROXIMIDAD. Al igual que en el caso de los sistemas réflex, el emisor y el receptor están ubicados en un misma caja. El haz luminoso se emite en infrarrojo y se proyecta hacia el receptor cuando un objeto suficientemente reflectante penetra en la zona de detección (ver el dibujo adjunto). El alcance de un sistema de proximidad es inferior al de un sistema réflex, lo que desaconseja su uso en entornos contaminados. El alcance depende: del color del objeto detectado y de su poder reflectante (un objeto de color claro se detecta a mayor distancia que un objeto oscuro), de las dimensiones del objeto (el alcance disminuye con el tamaño). Automatismos cableados y control de potencia
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o
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PROXIMIDAD CON BORRADO DE PLANO POSTERIOR. Los detectores de proximidad con borrado del plano posterior están equipados con un potenciómetro de regulación de alcance que permite “enfocar” una zona de detección y evitar la detección del plano posterior. Pueden detectar a la misma distancia objetos de colores y reflexividades distintas. Figura 3.57, Distintos tipos de detectores fotoeléctricos
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Seguridad en las máquinas
Las normas internacionales obligan a tomar una serie de medidas encaminadas a conseguir que la utilización de máquinas sea segura. En la concepción de un automatismo no sólo se deben contemplar las situaciones de funcionamiento normales, ciclos de trabajo de la máquina, sino todas aquellas situaciones de fallo que puedan suponer un riesgo para las personas que las operan o para la propia instalación. Una de las partes más importantes será el circuito de mando, pues en él reside la lógica de funcionamiento del automatismo. En su diseño se deberán tener en cuenta los siguientes factores: -
Fiabilidad de los componentes: capacidad de realizar sus funciones bajo unas determinadas especificaciones y manteniendo su vida útil.
-
Interconexión de los mismos: deberá realizarse contra fallos asegurando la maniobra de la máquina contra riesgos.
El circuito eléctrico de una máquina deberá asegurar básicamente que: -
Un defecto accidental en el circuito de mando, no producirá: o o o
-
la puesta en marcha intempestiva de los elementos móviles de la máquina la imposibilidad de paro de la misma la eliminación de las protecciones de los elementos móviles de la máquina
La variación o interrupción de la alimentación no producirá el arranque intempestivo de la máquina al restablecerse la alimentación. Las órdenes de parada tendrán prioridad sobre las de marcha.
Asimismo, es muy importante tener presente en relación al circuito de mando, los siguientes puntos: -
la alimentación del mismo se realizará preferentemente a través de transformador no se emplearán auto transformadores , ya que estos no proporcionan una separación galvánica de los circuitos se conectará a tierra, esta tierra puede ser separable para permitir comprobaciones los elementos de mando, se conectarán con un extremo al polo que está conectado a tierra los contactos de mando se conectarán al otro polo del circuito.
Resumiendo: Una avería en el equipamiento eléctrico no tiene porqué comportar estados de riesgo de daños materiales. Los riesgos deben prevenirse adoptando las medidas pertinentes. La norma IEC/EN 60204-1 hace referencia a distintas medidas para reducir los riesgos en caso de avería. Utilización de técnicas de conexión y componentes de probada eficacia (figura 3.58) 1) Todas las funciones de conexión deben encontrarse en el lado no conectado a tierra. 2) Deben utilizarse dispositivos de conexión con contactos de apertura positiva () ( que no hay que confundir con los contactos maniobrados positivamente: funcionamiento en modo positivo). 3) La parada debe realizarse mediante desexcitación (seguridad contra rotura de cable). 4) Deben adoptarse medidas de conexión de circuito que eviten el máximo posible los estados de servicio accidentales en caso de avería (simultáneamente simultáneo mediante contactor e interruptor de posición). 5) Conexión de todos los conductores activos al aparato que debe controlarse. 6) Debe establecerse la conexión a masa de los circuitos de protección. Redundancia: Significa la existencia de un aparato o sistema adicional capaz de asumir una función determinada en caso de avería. Diversidad: Se trata del montaje de circuito de mando de acuerdo con distintos principios funcionales o con distintos tipos de aparatos (figura 3.59). 1) Diversidad funcional mediante la combinación de contactos de apertura y contactos de cierre 2) Diversidad de aparatos mediante la utilización de distintos tipos de aparatos (en este caso, distintos tipos de contactores auxiliares) 3) Dispositivo de protección abierto
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4) Circuito de retroceso 5) Dispositivo de protección cerrado Pruebas de funcionamiento: El correcto funcionamiento de los aparatos eléctricos puede verificarse manual o automáticamente. Figura 3.58, Técnicas de conexión
Figura 3.59, Diversidad
15.
Identificación de bornes y conductores
Para poder realizar el cableado y, sobre todo, un buen mantenimiento de un automatismo eléctrico es necesario contar con una correcta numeración de conductores del mismo, donde se identifican todos los cables y borneras de conexión, para luego realizar el montaje y revisar el correcto cableado de todos los elementos. Para que esto último sea posible es necesario colocar identificadores o marcadores alfanuméricos en todos los cables y bornes. Existen distintos criterios para realizar la identificación de los cables, teniendo cada una de ellas sus ventajas y desventajas. Básicamente se pueden identificar los Automatismos cableados y control de potencia
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cables según los números de borneras o regletas de conexión, o de acuerdo a una numeración arbitraria especificado en los planos o dibujos. Los criterios de identificación del cableado son muchos, algunos apuntan a facilitar el montaje o trabajo del electricista que realiza el cableado, otros facilitan el trabajo del personal de mantenimiento de la instalación, otros son de acuerdo a la conveniencia del proyectista que dibujo los planos. Algunos de ellos; son: (1) identificar los cables con el nombre-número de la bornera o borne de conexión a donde llega el cable (2), (3), identificar los cables con el nombre-número de la bornera o borne de conexión del extremo opuesto del cable (4) identificar los cables con un número correlativo de 00 a 99, donde ese número está marcado en el dibujo o plano como número del cable, se puede agregar el número de hoja del dibujo donde se encuentra el cable (5) los números de los cables se corresponden con la numeración de la bornera principal del circuito cuyos números no se repiten en otra bornera (6) mediante signos, letras y números que denoten la función del cable, como la polaridad +P y –P, mandos de apertura y cierre, funciones de protección, etc. En algunos casos se pueden realizar combinaciones de los anteriores métodos, por ejemplo, combinar los métodos 3 y 4, es decir, numeración del borne de destino y número de conductor. Figura 3.60, Convenios para numeración de conductores
Figura 3.61, Ejemplo de numeración de conductores
Las técnicas a utilizar para realizar el marcado son muy variadas, disponiéndose, hoy en día de diferentes métodos. Estos van desde el más sencillo – marcado mediante marcadores individuales – a los más novedosos –marcado mediante ploter. A modo de ejemplo citamos algunos disponibles en el catálogo de Phoenix Contact:
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.62, Diferentes sistemas para el marcado de conductores (Cortesía de Phoenix Contact)
-
Los marcadores encajables son muy adecuados para la rotulación posterior de conductores y cables. Con las dos superficies de rotulación, el marcado siempre está legible. Los marcadores se rotulan con impresora BLUEMARK o plotter.
-
Como alternativa económica para el marcado de conductores y cables, se dispone de láminas de poliéster altamente resistentes a la rotura para la rotulación con impresoras de transferencia térmica. Los marcadores se deslizan directamente sobre el conductor o se fijan por medio de sujetacables.
-
Las etiquetas para el marcado de cables constan de la superficie de rotulación y de una lámina transparente, que protege la rotulación contra impurezas y abrasión. Están disponibles en distintos tamaños para la rotulación con impresoras de transferencia térmica o impresoras láser.
-
Los retráctiles preconfeccionados están disponibles opcionalmente con o sin perforación. Éstos pueden rotularse con impresoras de transferencia térmica. El empleo de las variantes perforadas para textos cortos proporciona un considerable ahorro de costes de rotulación.
-
Para el confeccionado individual también se ofertan retráctiles en formato sin fin en rollos. Con la nueva impresora THERMOMARK W1, los retráctiles pueden rotularse y perforarse en una operación.
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-
El sistema PAB de dos piezas consta de un manguito de rotulación para deslizar o fijar a presión, y de un rótulo. La rotulación de los rótulos se efectúa con la nueva impresora BLUEMARK, impresora de transferencia térmica, plotter o impresora láser.
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Los marcadores, rotulados con caracteres individuales, constituyen una señalización sencilla de conductores de hasta 12 mm de diámetro. Combinando los caracteres al deslizar los marcadores sobre el conductor, se crea la rotulación deseada. Su forma especial evita que los marcadores se tuerzan unos respecto a otros.
-
Los marcadores de plástico para cables son muy adecuados para el agrupamiento y la rotulación de conductores y cables. La rotulación queda protegida por una tapa contra la suciedad. Los rótulos pueden sustituirse sin cambiar los soportes para índices.
-
Para entornos especialmente agresivos o líneas que se utilizan bajo tierra, Phoenix Contact ofrece marcadores en acero inoxidable. La rotulación puede realizarse por láser, mediante grabado o estampación con números.
16.
La realimentación
La figura 3.63 representa el esquema funcional de la activación de la bobina de un relé o un contactor mediante un pulsador. Este esquema se conoce como mando por impulsos. Es este esquema es muy sencillo darse cuenta que por la bobina del relé K1 sólo circula corriente cuando pulso en el S1. Esto se muestra en el cronograma que acompaña el esquema. El cronograma es una representación del estado de activación o desactivación de un determinado componente o señal en el tiempo. Son muy utilizados para explicar de una manera gráfica las diferentes condiciones de funcionamiento que se pueden presentar en un determinado automatismo. Ya los hemos mostrado en los apartados dedicados a los temporizadores y a los interruptores de posición. Esta representación es muy utilizada en los catálogos. Este modo de funcionamiento puede ser válido siempre que deseemos un funcionamiento de muy corta duración, o bien, que utilicemos para la activación un dispositivo que disponga de enclavamiento mecánico, es decir, que permanezca en posición de activado hasta que vuelva a pulsar nuevamente. Los dispositivos con enclavamiento mecánico son dispositivos con memoria, es decir, mantienen por si solos, mecánicamente el estado que se han situado después de su última pulsación. Figura 3.63, Mando por impulsos
Si en el esquema anterior añadimos más contactos en serie o paralelo o combinaciones de éstos, tendríamos un circuito de tipo combinacional: el estado de la salida depende en cada instante de los estados de las entradas. Para realizar el mando por pulsos y que el propio circuito “memorice” la pulsación necesitamos utilizar la denominada realimentación, que consiste en utilizar un contacto del propio relé o contactor para poder seguir activado (figura 3.64). Para poder desconectar el relé el montaje se completa con un pulsador de paro que interrumpe la corriente del relé llevándolo a situación de parada o apagado.
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.64, Relé autoalimentado o autoenclavado.
Este circuito se puede analizar desde le punto de vista de la función que realiza cada uno de sus componentes: PARO: el pulsador –S1 interrumpe la corriente del circuito llevando al relé a una situación de parada, de reposo. MARCHA: el pulsador –S2 cierra el circuito proporcionando alimentación al relé –K1. Decimos que lo pone en situación de marcha, lo arranca o lo activa. REALIMENTACIÓN: el contacto –K1:13-14 se cierra la alimentar la bobina del relé proporcionando un camino para la circulación de la corriente incluso cuando se deja de pulsar marcha. Decimos que el relé –K1 se realimenta, se autoalimenta o se autoenclava a través de este contacto. Este esquema es la base de muchos esquemas de automatismos eléctricos y es la unidad de memoria básica de un esquema cableado. Figura 3.65, Relé autoalimentado con marcha prioritaria.
En el esquema anterior (figura 3.64) el paro es prioritario sobre la marcha, es decir, si se pulsan a la vez prevalece siempre el paro. Esto se consigue haciendo que toda la corriente que demanda el relé pase por el contacto NC del pulsador de paro. Cuando pulsamos –S1 interrumpimos, por tanto, la corriente del relé incluso en el caso de pulsar simultáneamente el pulsador de marcha –S2. La normativa de seguridad en máquinas obliga a que el paro sea prioritario. Por contraposición en la figura 3.65 se muestra otro esquema en el que la marcha es prioritaria. En este caso el paro lo que hace es interrumpir la alimentación, de tal forma, que siempre que pulsamos marcha conectamos directamente el relé. Además de los cronogramas otra forma de describir el funcionamiento de los circuitos de lógica cableada es mediante las correspondientes expresiones lógicas, de tal forma que: Los contactos es serie se corresponden con el producto lógico ( ) Los contactos en paralelo se corresponden con la suma lógica ( + ) Los contactos NC se corresponden con la negación lógica ( ¯ ) Para los esquemas anteriores tendremos, entonces, las siguientes ecuaciones lógicas: -
Figura 3.63 K 1 S1
-
Figura 3.64
-
Figura 3.65 K 1 S 2 S1 K 1
K1 S1 ( S 2 K1)
Fijémonos como la realimentación implica la dependencia de si mismo en la expresión lógica. Automatismos cableados y control de potencia
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17.
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Enclavamientos
Habitualmente nos referimos por enclavamiento a la dependencia de un relé respecto a otro relé, y lo podemos entender de dos formas diferentes: -
Un relé o contactor no puede funcionar si no funciona otro previamente. Esto se consigue añadiendo un contacto abierto del primero en serie (Ej. figura 3.66 - A). Se utiliza cuando queremos conectar cargas en cascada creando una dependencia entre ellas. En el ejemplo observamos que -K2 nunca se activa si previamente no está activado –K1. El apagado de –K1 apaga también –K2. Ecuaciones, figura 3.66-A:
-
K1 S1 ( S 2 K1) K 2 S 3 ( S 4 K 2) K 1
Un relé o contactor no puede funcionar se está funcionando otro previamente. Esto se consigue añadiendo un contacto cerrado del primero en serie (Ej. figura 3.67 - B). Se utiliza para controlar cargas que deseamos que sean incompatibles. Como aplicación típica podemos citar los contactores que controlan los dos sentidos de giro de un motor. Si se conectan simultáneamente se produce un cortocircuito en el circuito de fuerza, por lo que los debemos enclavar eléctricamente de la misma manera que se hace en el ejemplo. Ecuaciones, figura 3.66-B:
K1 S1 ( S 2 K1) K 2 K 2 S 1 ( S 3 K 2) K 1 Figura 3.66, Enclavamientos
18.
Temporización
Como ya hemos comentado existen dos tipos principales de temporización: retardo a la conexión y retardo a la desconexión. Pero se disponen de otros tipos de temporización que cubren todas las funciones más comunes. Entre los aspectos a tener en cuenta en el diseño de circuitos con temporizadores podemos citar los siguientes: -
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Tipo de temporización necesaria en cada caso. Una buena elección del temporizador puede simplificar el esquema. Contactos disponibles en el temporizador. En muchas aplicaciones es interesante disponer de un contacto instantáneo NO que permita la realimentación. De no disponer de el se utiliza un relé auxiliar para su realimentación. Otros temporizadores disponen de contactos conmutados que en ocasiones simplifican los esquemas. Siempre debemos de tener en cuenta el tipo de contactos del temporizador ya que nos condiciona la realización del esquema. Automatismos cableados y control de potencia
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En la medida de lo posible se procurará que las bobinas de los temporizadores solo funcionen el tiempo necesario. Esto aumentará su vida útil. Función que desempeña el temporizador en el esquema: marcha, paro, enclavamiento, etc.
En las figuras 3.67 y 3.68 se muestran sendos ejemplos de retardo a la conexión y a la desconexión. Figura 3.67, Encendido retardado de un relé
Figura 3.68, Apagado retardado de un relé
En la figura 3.67 se muestra el encendido retardado de un relé mediante pulsadores. En la figura 3.67-A utilizamos un relé auxiliar K1 para memorizar la pulsación de marcha. Sería el caso en el que el temporizador no cuenta con ningún contacto instantáneo. Una vez transcurrido el tiempo temporizado en -K1T, el contacto 67-68 de K1T activa el relé –K2, que permanece autoalimentado. En cualquier momento podemos apagar todo accionado el paro –S1. En la figura 3.67-B se utiliza un temporizador con contacto instantáneo, lo que nos permite prescindir del relé –K1. El funcionamiento es el mismo que en el 3.67-A. La figura 3.68 se corresponde con el apagado retardado de un relé. El relé –K2 se activa al pulsar –S2, permaneciendo encendido un determinado tiempo después de la pulsación.
19.
Ejemplo de diseño
Diseñar un circuito de mando para que realice el encendido secuencial temporizado de tres relés -K1A , K2A y -K3A. La secuencia comenzará con pulsación en –S2 (pulsador de marcha) que activa el relé –K1A. La secuencia de funcionamiento se describe en el cronograma de la figura 3.69. Se dispone de un pulsador de parada que apaga los tres relés. Figura 3.69, Cronograma, ejemplo de diseño
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Solución: Tenemos que temporizar tres periodos de tiempo diferentes, para lo que emplearemos tres temporizadores K1T, K2T y K3T. Su funcionamiento coincidirá con el de los tres relés K1A, K2A y K3A. Tendremos en cuenta las condiciones de marcha y paro de cada uno de los relés: MARCHA: pulsador de marcha –S2 o Temporización del relé –K3A (-K3T) K1A
PARO: pulsador de paro general –S1 o Relé –K2A REALIMENTACIÓN: Relé –K1A MARCHA: Temporización del relé –K1T (-K1T)
K2A
PARO: pulsador de paro general –S1 o Relé –K3A REALIMENTACIÓN: Relé –K2A MARCHA: Temporización del relé –K2A (-K2T)
K3A
PARO: pulsador de paro general –S1 o Relé –K1A REALIMENTACIÓN: Relé –K3A
Partiendo del esquema del relé autoalimentado para cada uno de ellos e incluyendo las citadas condiciones la solución se muestra en la figura 3.70. Figura 3.70, Ejemplo de diseño, encendido secuencial de tres relés.
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La señalización
En los automatismos es necesario señalizar los estados de la máquina que el operario no pueda apreciar a simple vista, o bien aquellos no observables en el momento de proporcionar una orden, o bien aquellos más importantes que deben estar bien claros. También es necesario señalizar los estados del automatismo susceptibles de ser peligrosos. Para ello se utilizan principalmente dos tipos de señalizaciones que se pueden combinar en algunos casos para ganar en efectividad: - Señalización luminosa Figura 3.71, Señalización luminosa
Existes dos maneras de señalizar: -
Señalización de paro o desactivación de un relé u otro elemento. Se realiza alimentando la lámpara con un contacto NC del elemento a señalizar (figura 3.71-A).
-
Señalización de marcha o activación de un relé u otro elemento. Se realiza alimentando la lámpara con un contacto NO del elemento a señalizar (figura 3.71-B).
En la figura 3.72 se muestran un para de ejemplos de señalización. La figura 3.72-A muestra una manera habitual de señalizar el funcionamiento de un contactor o relé que se trata, simplemente en la conexión de la lámpara en paralelo con este. La figura 3.72 es un ejemplo de la utilización de los dos contactos auxiliares de un relé térmico de protección de un motor: el contacto NC se utiliza para realizar el paro del contactor en el circuito de mando, y el contacto NO se utiliza para señalizar su disparo. Figura 3.72, Ejemplos de señalización luminosa
- Señalización acústica: En algunas ocasiones, para defectos de funcionamiento graves en la instalación, y si las condiciones particulares de la misma lo permiten, se utiliza la señalización acústica. En estos casos se suele disponer de un pulsador de confirmación de la alarma que apaga la señal acústica pero que no sitúa la instalación en condición de funcionamiento normal. La figura 3.73 es un ejemplo de señalización acústica. La finalidad del circuito es señalizar mediante una bocina el disparo de un relé térmico. El operario dispone de un pulsador de confirmación de alarma. Los pulsadores –S2 y –S1 son los de marcha y paro del contactor –KM1. Cuando el circuito del motor sufre una sobrecarga, el térmico maniobra sus contactos, abriendo el 95-96 que desconecta el contactor, y cerrando el contacto 97-98 que activa la alarma. La señal acústica -H1 se desactiva pulsando –S3. Este pulsador activa el relé auxiliar KA1 , autoalimentado, que es el que se encarga a través de su contacto cerrado 21-22 de desconectar la bocina. Este es un estado no seguro de la máquina ya que se está atendiendo la alarma por eso se Automatismos cableados y control de potencia
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señaliza mediante la lámpara -H2. Una vez repuesto el térmico y estando la máquina en condiciones de funcionar se desactiva definitivamente la situación de alarma mediante pulsación en –S4, que apaga el relé - KA1 y la lámpara –H2. Figura 3.73, Ejemplo de señalización acústica
Figura 3.74, Elementos de señalización acústica para montaje en panel
21.
Introducción a los motores trifásicos
Uno de los motores más utilizados hoy en día en aplicaciones industriales es el motor trifásico de corriente alterna, también conocido por motor trifásico de inducción o por motor asíncrono trifásico. Es necesario antes de abordar el estudio de los circuitos utilizados para alimentar y arrancar estos motores, recordar sus principales características constructivas y funcionales. Partes de un motor asíncrono Figura 3.75, Partes principales de un motor asíncrono
Las partes fundamentales de un motor asíncrono son: ESTATOR: Es la parte fija de la máquina. o Carcasa: Cubierta metálica del estator, de fundición o de acero laminado, que sirve de soporte al núcleo magnético. Éste suele estar formado por chapas magnéticas apiladas y aisladas entre sí. o Devanado estatórico INDUCTOR: produce el campo magnético y está formado por tres devanados iguales desfasados 120º eléctricos que se alojan en las ranuras practicadas en el núcleo magnético. Está alimentado por una red trifásica. ROTOR: Es el elemento móvil del motor y contiene el devanado inducido. Está formado por un eje y un paquete de chapas de forma cilíndrica que lleva en la periferia las ranuras para alojar los conductores del devanado rotórico o INDUCIDO. El rotor puede ser de dos tipos: rotor bobinado (figura 3.76-A) en los motores de anillos rozantes y rotor en jaula de ardilla (figura 3.76-B). En los de rotor bobinado se pueden realizar conexiones en los devanados del rotor permitiendo arranques como el de resistencias retóricas. Los de jaula tienen como principal característica su robustez que reduce sensiblemente su mantenimiento, está constituido por barras de aluminio cortocircuitadas en sus extremos. ENTREHIERRO : Separación de aire entre Estator y Rotor, tiene que ser lo menor posible. CAJA DE BORNES: Aloja los terminales de los devanados - 6 en total al ser tres devanadospermitiendo su conexión. Ésta puede ser fija , en estrella( figura 3.77-B) o en triángulo (figura 3.77-C) , o se puede variar con el circuito de fuerza. En el caso de ser fija se realiza en la misma caja de bornes , a la
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que accedemos con 3 conductores.. En el caso de variarse con el circuito de fuerza accedemos a la caja de bornes con 6 conductores (figura 3.77-A) Figura 3.76, Rotor bobinado y rotor en jaula de ardilla
Figura 3.77, Caja de bornes de un motor asíncrono, conexiones
Principio de funcionamiento -
-
El devanado estatórico, formado por tres fases se alimenta por un sistema trifásico equilibrado de tensiones. Este sistema de tensiones forma un campo magnético giratorio en el interior de la máquina. La velocidad de giro de este campo magnético se conoce como velocidad de sincronismo (ns) y depende del número de pares de polos de la máquina y de la frecuencia de alimentación. Este campo magnético al cortar los conductores del rotor – que está en cortocircuito – provoca la aparición de corrientes rotóricas ya que al ser el campo magnético giratorio quedan sometidas a un flujo magnético variable. La circulación de corrientes por el rotor produce un campo magnético en este. La interacción de los dos campos magnéticos crea una depresión de líneas de campo magnético a un lado de las ranuras del rotor lo que crea el “torque” o par motriz de la máquina (figura 3.78) Figura 3.78, Campos magnéticos del motor asíncrono
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-
-
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El rotor nunca alcanza la velocidad de sincronismo, ya que de alcanzarla los conductores del rotor dejarían de estar sometidos a un flujo magnético variable lo que implicaría que no se induciría intensidad de corriente en ellos y como consecuencia no tendríamos par motriz, y el motor se frenaría. De ahí que se denominen motores asíncronos. La diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de giro del motor, dividida entre la velocidad de sincronismo, expresado en % se conoce como deslizamiento relativo(Sr):
Sr
nS n 100 nS
Figura 3.79, Principio de funcionamiento del motor asíncrono
Par resistente y motriz, curva Par/velocidad: Conocemos por par motriz el para que ejerce el motor en el eje en un determinado momento, mientras que par resistente es la resistencia que éste encuentra en el conjunto mecánico conectado a él. En un funcionamiento estable del motor estos dos valores se igualan y la máquina estaría girando con velocidad constante. Si aumenta el para motriz sobre el resistente la máquina se acelera hasta llegar a un nuevo punto de equilibrio. Por el contrario si el para motriz disminuye la máquina se frena hasta llegar a un nuevo punto de equilibrio. Todo esto se observa superponiendo las curvas de Par/velocidad del motor y la carga (figura 3.80). Existen diferentes tipos de carga mecánica atendiendo a la curva de par, pero lo normal es que éste aumente con la velocidad, o bien permanezca constante. Figura 3.80, Par resistente y par motriz
La curva Par/Velocidad nos muestra los valores sucesivos de par motriz del motor en función de la velocidad, y podemos también entenderla como los sucesivos valores de par que vamos teniendo en el arranque de un motor (figura 3.80).
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.81, Curva Par/Velocidad de un motor asíncrono
Curva Intensidad / Velocidad: Nos muestra la variación de la intensidad en función de la velocidad de giro del motor. La intensidad en el arranque es del orden de entre 4 y 8 veces la intensidad nominal del motor. Figura 3.82, Curva Intensidad / Velocidad de un motor asíncrono
El REBT en su ITC-47 nos indica lo siguiente respecto a la intensidad de los motores: -
Los conductores de conexión que alimentan a un solo motor deben estar dimensionados para una intensidad del 125 % de la intensidad a plena carga del motor.
-
Los motores deben tener limitada la intensidad absorbida en el arranque, cuando se pudieran producir efectos que perjudicasen a la instalación u ocasionasen perturbaciones inaceptables al funcionamiento de otros receptores o instalaciones.
-
En general, los motores de potencia superior a 0,75 kilovatios deben estar provistos de reóstatos de arranque o dispositivos equivalentes que no permitan que la relación de corriente entre el período de arranque y el de marcha normal que corresponda a su plena carga, según las características del motor que debe indicar su placa, sea superior a la señalada en el cuadro siguiente: Tabla 5, RBT-ITC 47 Tabla 1
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Las compañía eléctrica que suministra las instalación puede eximir del cumplimiento de estos límites si el arranque del motor no perturba la línea. Todas estas consideraciones se deben tener en cuenta a la hora de elegir el método de arranque de un motor. Fórmulas de interés:
22.
Arranque directo de motor asíncrono
El arranque directo se realiza en un solo tiempo. Consiste en acoplar los devanados del estator directamente a la red. En estas condiciones la corriente de arranque (Ia) es de 4 a 8 veces la nominal. Se considera para los cálculos: Ia=6In Solo se utiliza en motores de pequeña y mediana potencia y si las condiciones de la red lo permiten. El para de arranque del motor es aproximadamente: Ma 1,5Mn . Esto lo desaconseja en el caso de ascensores y cintas transportadoras, y en general en casos donde necesitemos un arranque suave. El para máximo se alcanza aproximadamente al 80% de la velocidad nominal. El motor se conecta por los bornes U-V-W (U1-V1-W1). La conexión a realizar en la caja de bornes depende de la tensión de la red de alimentación. Por regla general los motores están preparados para funcionar con dos tensiones de línea diferentes. La más pequeña siempre nos indica la tensión de funcionamiento nominal de cada uno de los devanados del motor. Según esto si la tensión de red coincide con la más pequeña de las dos conecto el motor en triángulo. Si por el contrario, la tensión de red coincide con la más grande de las dos, conecto el motor en triángulo (Ej. Figura 3.83). Figura 3.83, Conexión del devanado de un motor
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Los motores trifásicos asíncronos en sus ejecuciones más comunes tienen “giro a derechas”, esto significa que si alimentamos con una secuencia directa L1-U, L2-V y L3 –W, el eje girará a derechas visto desde el lado de la carcasa del motor. El eje gira en el sentido de las agujas del reloj, visto desde el lado de acople del motor, si la secuencia de fases de línea a los bornes es L1, L2, L3, como se muestra en la figura 3.77-D. Para modificar el sentido de rotación, debemos intercambiar dos conexiones cualesquiera de los cables de suministro. En la figura 3.84 se muestran los esquemas de fuerza y mando para un arranque directo. Figura 3.84, Arranque directo
Arranque directo con inversión de giro: Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico se debe invertir la secuencia de fases de su alimentación. Para ello basta con modificar el orden de conexión de dos de las fases en circuito de fuerza, a través de otro contactor. En el circuito de mando debemos asegurarnos que no funcionarán nunca al mismo tiempo los dos contactores, ya que esto implica hacer un cortocircuito a través de los dos contactores. Los enclavaremos eléctricamente a través de contactos cerrados haciéndolos incompatibles, y mecánicamente mediante piezas que impiden la maniobra simultánea de los núcleos de los contactores. Los fabricantes comercializan referencias concretas para los contactores, donde estos vienen ya precableados y enclavados. Figura 3.85, Esquema de fuerza de un arranque directo con inversión de giro
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Para el circuito de mando podemos considerar dos variantes principales: -
Inversión de giro pasando por paro: Disponemos de un pulsador de paro y dos pulsadores de marcha, uno para cada sentido. Para invertir el sentido de giro tengo que pulsar paro y luego el pulsador de marcha del sentido deseado (figura 3.86).
-
Inversión de giro sin pasar por paro: Disponemos de un pulsador de paro y dos pulsadores de marcha, uno para cada sentido. Puedo invertir el sentido de giro directamente pulsando en los pulsadores de marcha. Se realiza mediante pulsadores dobles (figura 3.87) Figura 3.86, Esquema de mando de un arranque directo con inversión de giro pasando por paro
Figura 3.87, Esquema de mando de un arranque directo con inversión de giro sin pasar por paro
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Arranques con reducción de la tensión de alimentación
Uno de los métodos para reducir la intensidad en el arranque, como indica el REBT, es reduciendo la tensión de alimentación. Por contraposición tiene el inconveniente de la reducción de par que experimenta el motor (figura 3.88). Figura 3.88, Variación del par con la tensión
Los más utilizados son los siguientes: -
Estrella- triángulo: El motor se arranca en dos fases reduciendo la tensión de los bobinados. La corriente de arranque se reduce a dos veces la intensidad nominal.
-
Mediante autotransformador: El motor arranca en dos o más etapas de manera continua a través de una tensión reducida que se aumenta gradualmente, proporcionada por un autotransformador.
-
Mediante resistencias estatóricas: Similar al arranque con autotransformador, el motor se conecta en dos o mas etapas conectando una resistencia en serie con cada bobinado del estator.
-
Mediante resistencias rotóricas: Requiere un motor de rotor bobinado (más caro). Intercalando resistencias con el rotor, se puede desplazar el par máximo a velocidades bajas. Se utiliza con cargas muy grandes , con mucha inercia en arranques lentos.
-
Arrancadores estáticos (electrónicos): la tensión aplicada al motor se controla variando el ángulo de disparo de unos SCR conectados en serie con cada bobinado del estator.
24.
Arranque estrella-triángulo
Es necesario disponer de un motor con los 6 bornes accesibles y que pueda estar conectado en triángulo a la tensión de red. El motor se arranca en estrella: U U aF nF - reduciéndose la tensión de los bobinados al 57%: -
UaF: tensión de fase en el arranque UnF: tensión nominal de fase
3
el par se reduce al 33% la corriente de arranque se reduce a 2 veces la In
Al alcanzar la máxima velocidad, el motor se desconecta momentáneamente y a continuación se conecta en triángulo para alcanzar la velocidad de régimen. Durante la desconexión se puede producir una pequeña pérdida de par y un pico de corriente. Es el arranque más utilizado por su sencillez, precio y prestaciones. La secuencia de arranque es la siguiente: Pulsando –S3Q activamos -K1M (contactor de línea) , -K2M (contactor estrella) y el temporizador – K4T. Transcurrido el tiempo seleccionado el temporizador –K4T desconecta –K2M y conecta –K3M (contactor triángulo), que queda autoalimentado. Los contactores -K2M y –K3M deben estar enclavados para evitar un cortocircuito. En cualquier momento podemos parar el motor pulsando –S2Q. Automatismos cableados y control de potencia
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Figura 3.89, Curvas de par e intensidad en un arranque estrella-triรกngulo
Figura 3.90, Arranque estrella-triรกngulo
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Variación de velocidad en motores asíncronos
El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación. Como la frecuencia de alimentación que entregan las Compañías de electricidad es constante (50Hz), la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que se varíe el número de polos, el deslizamiento o la frecuencia. Hemos visto que la velocidad de sincronismo de un motor asíncrono se corresponde con las siguiente expresión: Donde: 60 f1 NS= velocidad de sincronismo [rpm] NS f1 = frecuencia de alimentación [Hz] p p = número de pares de polos Tomando como referencia esta expresión podemos plantear los métodos para variar la velocidad de los motores de manera esquemática: Figura 3.91, Variación de velocidad de motores asíncronos
Variación de velocidad de giro de la máquina
Variación de velocidad de giro del campo giratorio (NS)
Variar frecuencia (f1)
26.
60 f1 p
Variar p, cambio de conexión en el estator
Equipo electrónico para variar frecuencia de red
Control de velocidad en cualquier rango para cualquier motor
NS
Variación discreta de la velocidad
VARIADORES DE FRECUENCIA
CONEXIÓN DAHLANDER
Sólo posible velocidades
2
o
3
Motor Dahlander
Motor de dos velocidades con un solo bobinado por fase, pero dividido en dos mitades iguales con una toma intermedia. Según la conexión que se realice en la placa de bornes, se crean p ó 2p pares de polos, y por tanto se obtienen dos velocidades con una relación 2:1. Figura 3.92, Conexión Dahlander
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Esta conexión presenta varias variantes, de las cuales, la más utilizada es triángulo-doble estrella. En esta conexión se mantiene constante la potencia, y si el motor lo permite (tiene 9 bornes accesibles) permite la realización de un arranque estrella-triángulo. Figura 3.93, Conexión Dahlander, circuito de fuerza
Figura 3.94, Conexión Dahlander, circuito de mando
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Variadores de frecuencia
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frecuencia. Entre las ventajas que aportan podemos señalar: -
No se requieren motores especiales, se emplean normalmente motores en jaula de ardilla que son muy robustos y económicos desde el punto de vista del mantenimiento. Son mucho más eficientes permitiendo importantes ahorros al poder reducir la potencia que absorbe el motor adecuándola a su régimen de trabajo. El desarrollo de la electrónica y su creciente implantación permite que tengan precios cada vez más competitivos. Posibilidad de mandar, supervisar y mantener las instalaciones de manera remota.
Los variadores de frecuencia se basan en una doble conversión de corrientes, de alterna a continua y , posteriormente, de ésta a corriente alterna de frecuencia y amplitud variable. Para ello los variadores de frecuencia están compuestos por: Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc. Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos. Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobretemperaturas, etc. Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc. Figura 3.95, Esquema de bloques de un variador de frecuencia
Figura 3.96, Formas de onda de tensión en un inversor PWM
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Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Pulse Width Modulation = Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicos y mejorar el factor de potencia. El motor se alimenta con un tren de pulsos de corriente continua que genera a su vez una corriente prácticamente senoidal en el motor, cuya frecuencia y amplitud puede ser modificada variando la duración de los pulsos (figura 3.96). Funciones principales de un variador de frecuencia: Entre las principales funciones que incorporan los variadores de frecuencia podemos citar las siguientes: -
Aceleración controlada. La aceleración del motor es controlada mediante una rampa de aceleración controlada, permitiendo elegir el tiempo adecuado para cada aplicación.
-
Variación de velocidad. La velocidad del motor se define mediante una señal eléctrica de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. La velocidad real del motor puede variar en función de las perturbaciones. Es un funcionamiento en “bucle abierto”.
-
Regulación de velocidad. La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia, que se compara con el valor de la velocidad de giro del motor, obtenida mediante un generador tacométrico o un generador de impulsos (encoder) colocado en el eje del motor. Se consigue una velocidad prácticamente insensible a las perturbaciones. Es un funcionamiento en “bucle cerrado”.
-
Deceleración controlada. Permiten definir un tiempo para la parada del motor. Pueden presentarse varias situaciones: o Parada más rápida que la debida a la inercia de la máquina. El motor debe desarrollar un par resistente que se una al de la carga mecánica. Hablamos en este caso de “frenado eléctrico”. o Parada más lenta que la debida a la inercia de la máquina. Se debe desarrollar un par motor que se una a la inercia de al máquina.
-
Inversión del sentido de giro. Mediante órdenes lógicas se invierte automáticamente la secuencia de las fases de alimentación del motor.
-
Frenado. Se pueden realizar paradas de emergencia por inyección de corriente continua en los devanados del motor. Es necesario conectar resistencias de frenado para disipar el calor producido protegiendo el motor.
-
Protecciones integradas. Aseguran la propia protección del motor así como la protección térmica. Para ello se graban en el variador los datos de placa de la máquina. Habitualmente protegen contra: o Cortocircuitos o Sobretensiones y ausencia de tensión o Desequilibrio de fases o Funcionamiento monofásico
El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el motor. Este modo de funcionamiento trata de mantener constante la relación V/f, y se denomina funcionamiento escalar. Los variadores de velocidad son capaces, además, de suministrar el par nominal desde frecuencias bastante bajas. Incluso si el motor se ventila de manera forzada pueden suministrar de manera transitoria pares mayores que el nominal (figura 3.97). En estos casos se debe verificar que el motor soporta eléctrica y mecánicamente este funcionamiento. Hoy en día casi todos los variadores de frecuencia incorporan el denominado control vectorial, que consiste en aumentar la estabilidad frente a perturbaciones sin necesidad de funcionar en bucle cerrado. Esto se consigue grabando en el variador los valores nominales del motor a controlar. El variador es capaz de determinar a partir de estos el resto de parámetros del motor y conocer su estado de funcionamiento por medición interna de los valores eléctricos, es decir, sin necesidad de utilizar captador.
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 3.97, Característica de par de un variador (Altivar 66 – Telemecanique)
1.- par útil permanente: (a) motor autoventilado, (b) motor moto-ventilado 2.- sobrepar transitorio (< 1,7Cn durante 60 s). (Cn = par nominal) 3.- par con sobrevelocidad a potencia constante.
Modos de funcionamiento: Figura 3.98, Curva de funcionamiento a par constante
-
Par constante: Se denomina funcionamiento a par constante cuando las características de la carga son tales, que, en régimen permanente, el par solicitado es sensiblemente constante sea cual sea la velocidad (figura 3.98). Este modo de funcionamiento se utiliza en las cintas transportadoras y en las amasadoras. Para este tipo de aplicaciones, el variador debe tener la capacidad de proporcionar un par de arranque importante (1,5 veces o más el par nominal) para vencer los rozamientos estáticos y para acelerar la máquina (inercia).
-
Par variable: Se denomina funcionamiento a par variable cuando las características de la carga son tales que en régimen permanente, el par solicitado varía con la velocidad. Es en concreto el caso de las bombas volumétricas con tornillo de Arquímedes cuyo par crece linealmente con la velocidad (figura 3.99-a) o las máquinas centrífugas (bombas y ventiladores) cuyo par varía con el cuadrado de la velocidad (figura 3.99-b). Para un variador destinado a este tipo de aplicaciones, es suficiente un par de arranque mucho menor (en general 1,2 veces el par nominal del motor). Muy frecuentemente dispone de funciones complementarias como la posibilidad de omitir las frecuencias de resonancia correspondientes a las vibraciones indeseables de la máquina. Es imposible funcionar más allá de la frecuencia nominal de la máquina porque sería una carga insoportable para el motor y el variador. Figura 3.99, Curva de funcionamiento a par variable
Figura 3.100, Curva de funcionamiento a potencia constante
-
Potencia constante: Es un caso particular del par variable. Se denomina funcionamiento a potencia constante cuando el motor proporciona un par inversamente proporcional a la velocidad angular (figura 3.100). Es el caso, por ejemplo, de una enrolladota cuya velocidad angular debe disminuir poco apoco a medida que aumenta el diámetro de la bobina por acumulación de material. Es también el caso de los motores de huso de las máquinas herramienta. El margen de funcionamiento a potencia constante es por definición limitado: a baja velocidad, por la corriente proporcionada por el variador, y a gran velocidad, por el par disponible del motor. En consecuencia, el par motor disponible con los motores asíncronos y la capacidad de conmutación de las máquinas de corriente continua deben ser comprobados.
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Bornes y conexiones: En la figura 3.101 se muestra la apariencia física y el esquema de cableado de los variadores del la gama Altivar 11 de Telemecanique, que tomaremos como referencia para la explicación. Otros modelos de variador, de este y otros fabricantes, se conectan de manera muy similar. Relacionado con la doble función que en la instalación del motor realizan: control del circuito de fuerza del motor y programación de parámetros y modos de funcionamiento; los variadores de frecuencia tienen dos grupos de bornes: -
Bornes de fuerza. o
o o
o -
Alimentación: Es donde se conecta la alimentación de tensión del circuito de fuerza (L1L2-L3). Normalmente aguas arriba llevará instalado un contactor y algún dispositivo de corte y/o seccionamiento. Algunos modelos para motores de poca potencia permiten la alimentación monofásica, encargándose la circuitería electrónica interna de producir al alimentación trifásica para el motor. Salida al motor: Bornes U-V-W, en los que se conecta el motor asíncrono a controlar con el variador. Es recomendable el uso de conductores apantallados y conectados a tierra. Conexión de resistencia de frenado: Bornes PA/+ y PB/-, en los que se conecta una resistencia de frenado encargada de disipar la energía producida durante una fase de frenado por inyección de corriente continua. Borne de tierra: Con el símbolo de tierra y montado sobre el disipador de calor se conecta a la tierra del cuadro donde esté instalado el variador.
Bornes de mando. o
o
o
o
o
Entradas de lógicas de control: Los variadores disponen habitualmente de una serie de entradas lógicas LI1-LI2-LI3-LI4 para la conexión de botoneras o autómatas externos que dan las órdenes de control. La función asignada a estas entradas se programa en los parámetros del variador. Entrada analógica: Configurable para trabajar en tensión o en corriente, se utiliza como referencia externa de frecuencia. Es configurable por programación. En los variadores que incorporan regulación se utiliza también como entrada para la señal de error, o incluso como entrada de tren de pulsos para el encoder. Borne AI1. Relé de fallo: Contacto libre de potencial utilizado como salida del variador. En el modelo de ejemplo (ATV11) señaliza el correcto funcionamiento del variador. En caso de fallo o ausencia de tensión se abre el contacto. Bornes RA-RC. Salida configurable: Los variadores incorporan habitualmente salidas lógicas y analógicas configurables, utilizadas para señalizar la frecuencia de salida externamente indicar que se ha alcanzado la consigna de frecuencia seleccionada, etc. Es configurable parametrizando el variador. Borne DO. Bornes de alimentación de mando: Dispone de bornes de alimentación para las entradas y salidas de control, aunque permite también la conexión con fuentes de alimentación exterior. Es importante al diseñar al conexión de un variador comprobar los valores máximos de corriente que puede suministrar la fuente de alimentación interna del variador. Bornes 0V - +5V.
El frontal de los variadores de frecuencia dispone de un display y una serie de teclas para poder realizar los ajustes de los parámetros en el mismo dispositivo. En algunos modelos el frontal es extraíble para poder utilizarlo con diferentes variadores. Algunos modelos incorporan teclas para el mando local del variador, normalmente para el arranqueparada, y un potenciómetro para la referencia de frecuencia. Es también común que incorporen puertos de comunicación para su programación o control remoto, e incluso para su inclusión en redes de comunicación industriales.
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Configuraci贸n de instalaciones dom贸ticas y autom谩ticas Figura 3.101, Altivar 11, esquema de conexiones (Cortes铆a de Telemecanique)
Figura 3.102, Altivar 11, Bornes y frontal
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Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas: Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc. Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal. Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc. Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo el par del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas. Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de el par del motor. Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia. Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales. Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales. Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máximo par y menor consumo de energía en el arranque. Pozos petroleros. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo. Otras aplicaciones. Elevadores de cangilones, transportadores helicoidales, continuas de papel, máquinas herramientas, máquinas para soldadura, pantógrafos, máquinas para vidrios, secaderos de tabaco, clasificadoras de frutas, conformadoras de cables, trefiladoras de caños, laminadoras, mezcladoras, trefiladoras de perfiles de aluminio, cable, etc, trituradoras de minerales, trapiches de caña de azúcar, balanceadoras, molinos harineros, hornos giratorios de cemento, hornos de industrias alimenticias, puentes grúa, bancos de prueba, secadores industriales, tapadoras de envases, agitadores, dosificadoras, dispersores, reactores, pailas, lavadoras industriales, lustradoras, molinos rotativos, pulidoras, fresas, bobinadoras y desbobinadoras, separadores, vibradores, cribas, locomotoras, vehículos eléctricos, escaleras mecánicas, aire acondicionado, portones automáticos, plataformas móviles, tornillos sinfín, válvulas rotativas, calandras, tejedoras, extractores, posicionadores, etc. Figura 3.103, Cuadro eléctrico con variador de frecuencia instalado
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INDICE DE IMÁGENES Figura 3.1, Partes fundamentales de un contactor _____________________________________________________3 Figura 3.2, Contactor trifásico (Wikimedia Commons)__________________________________________________3 Figura 3.3, Despiece de un contactor (Cortesía Telemecanique) __________________________________________4 Figura 3.4, Extinción del arco eléctrico _____________________________________________________________5 Figura 3.5, Intensidades de cierre y apertura para las distintas categorías de empleo, IEC 947-5 ________________7 Figura 3.6, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 1 (Cortesía Telemecanique) ________________________10 Figura 3.7, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 1 , Durabilidad (Cortesía Telemecanique)_____________10 Figura 3.8, Compatibilidad contactores serie D con condensadores (Cortesía Telemecanique)_________________11 Figura 3.9, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 2 (Cortesía Telemecanique) ________________________11 Figura 3.10, Comprobación de compatibilidad con condensadores (Cortesía Telemecanique)__________________12 Figura 3.11, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 3 (Cortesía Telemecanique) _______________________12 Figura 3.12, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 4 (Cortesía Telemecanique) _______________________13 Figura 3.13, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 5 (Cortesía Telemecanique) _______________________14 Figura 3.14, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 5, Durabilidad (Cortesía Telemecanique) ____________14 Figura 3.15, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 6, AC2, Durabilidad (Cortesía Telemecanique)________15 Figura 3.16, Elección de contactor por catálogo, ejemplo 6, AC4, Durabilidad (Cortesía Telemecanique)________16 Figura 3.17, Relé térmico, principio de funcionamiento ________________________________________________17 Figura 3.18, Asociación con contactor _____________________________________________________________17 Figura 3.19, Relé térmico, curvas de disparo (Cortesía Telemecanique) ___________________________________18 Figura 3.20, Rearme de relé térmico (Cortesía Telemecanique) _________________________________________19 Figura 3.21, Frontal del un relé térmico LR2 (Cortesía de Telemecanique) ________________________________19 Figura 3.22, Disyuntores magnéticos (Cortesía de Telemecanique) _______________________________________20 Figura 3.23, Arrancador directo con disyuntor magnético _____________________________________________20 Figura 3.24, Curvas características de un disyuntor magnético (Cortesía de Telemecanique) __________________21 Figura 3.25, Disyuntores magnetotérmicos (Cortesía de Telemecanique) __________________________________22 Figura 3.26, Curvas características de un disyuntor magnetotérmico (Cortesía de Telemecanique)______________22 Figura 3.27, Arrancador con disyuntor magnetotérmico ______________________________________________22 Figura 3.28, Fusibles gG y aM, curvas de fusión _____________________________________________________23 Figura 3.29, Curvas de fusión ____________________________________________________________________23 Figura 3.30, Seccionadores fusibles (Cortesía de Telemacanique)________________________________________24 Figura 3.31, Seccionadores con contacto de precorte (Cortesía de Telemecanique) __________________________24 Figura 3.32, Constitución de arrancadores (Guías técnicas Telemecanique)________________________________26 Figura 3.33, Constitución de arrancador con fusibles (Catálogo Protección y Control de Telemecanique) ________27 Figura 3.34, Constitución básica de un relé ( Wikipedia) _______________________________________________28 Figura 3.35, Relé y base , características (Catálogo RELECO) __________________________________________28 Figura 3.36, Bornas relé de Phoenix Contact ________________________________________________________29 Figura 3.37, Tipos de contactos___________________________________________________________________29 Figura 3.38, Relés de mando temporizados__________________________________________________________30 Figura 3.39, Temporizador electromecánico (Cortesía de Crouzet) _______________________________________31 Figura 3.40, Temporizador electrónico (Cortesía Crouzet) _____________________________________________31 Figura 3.41, Bloque de contactos temporizados (Cortesía de Telemecanique)_______________________________32 Figura 3.42, Pulsadores ________________________________________________________________________32 Figura 3.43, Distintos tipos de pulsadores __________________________________________________________33 Figura 3.44, Composición de un interruptor de posición y dispositivos de ataque (Telemecanique) ______________35 Figura 3.45, Ejemplo de interruptores de posición ____________________________________________________35 Figura 3.46, Funcionamiento en modo negativo y positivo. _____________________________________________36 Figura 3.47, Funcionamiento en modo combinado ____________________________________________________37 Figura 3.48, Sensores a 2 hilos de corriente continua y alterna __________________________________________37 Figura 3.49, Sensores a 3 hilos de corriente continua _________________________________________________37 Figura 3.50, Sensores a 4 hilos ___________________________________________________________________38 Figura 3.51, Presostato XML (Cortesía de Telemacanique) _____________________________________________38 Figura 3.52, Detectores inductivos ________________________________________________________________39 Figura 3.53, Márgenes de detección de detectores inductivos (Telemecanique)______________________________39 Figura 3.54, Conexión y asociación de detectores inductivos. ___________________________________________40 Figura 3.55, Detectores capacitivos _______________________________________________________________41 Figura 3.56, Detectores fotoeléctricos, conexión, zonas de detección _____________________________________42 Figura 3.57, Distintos tipos de detectores fotoeléctricos________________________________________________43 Figura 3.58, Técnicas de conexión ________________________________________________________________45 Figura 3.59, Diversidad_________________________________________________________________________45 Figura 3.60, Convenios para numeración de conductores ______________________________________________46 Figura 3.61, Ejemplo de numeración de conductores __________________________________________________46 Automatismos cableados y control de potencia
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Configuración de instalaciones domóticas y automáticas
Alejandro G. Castro
Figura 3.62, Diferentes sistemas para el marcado de conductores (Cortesía de Phoenix Contact) ______________ 47 Figura 3.63, Mando por impulsos_________________________________________________________________ 48 Figura 3.64, Relé autoalimentado o autoenclavado. __________________________________________________ 49 Figura 3.65, Relé autoalimentado con marcha prioritaria. _____________________________________________ 49 Figura 3.66, Enclavamientos ____________________________________________________________________ 50 Figura 3.67, Encendido retardado de un relé________________________________________________________ 51 Figura 3.68, Apagado retardado de un relé _________________________________________________________ 51 Figura 3.69, Cronograma, ejemplo de diseño _______________________________________________________ 51 Figura 3.70, Ejemplo de diseño, encendido secuencial de tres relés.______________________________________ 52 Figura 3.71, Señalización luminosa _______________________________________________________________ 53 Figura 3.72, Ejemplos de señalización luminosa _____________________________________________________ 53 Figura 3.73, Ejemplo de señalización acústica_______________________________________________________ 54 Figura 3.74, Elementos de señalización acústica para montaje en panel __________________________________ 54 Figura 3.75, Partes principales de un motor asíncrono ________________________________________________ 54 Figura 3.76, Rotor bobinado y rotor en jaula de ardilla _______________________________________________ 55 Figura 3.77, Caja de bornes de un motor asíncrono, conexiones_________________________________________ 55 Figura 3.78, Campos magnéticos del motor asíncrono ________________________________________________ 55 Figura 3.79, Principio de funcionamiento del motor asíncrono __________________________________________ 56 Figura 3.80, Par resistente y par motriz ____________________________________________________________ 56 Figura 3.81, Curva Par/Velocidad de un motor asíncrono _____________________________________________ 57 Figura 3.82, Curva Intensidad / Velocidad de un motor asíncrono _______________________________________ 57 Figura 3.83, Conexión del devanado de un motor ____________________________________________________ 58 Figura 3.84, Arranque directo ___________________________________________________________________ 59 Figura 3.85, Esquema de fuerza de un arranque directo con inversión de giro______________________________ 59 Figura 3.86, Esquema de mando de un arranque directo con inversión de giro pasando por paro_______________ 60 Figura 3.87, Esquema de mando de un arranque directo con inversión de giro sin pasar por paro _____________ 60 Figura 3.88, Variación del par con la tensión _______________________________________________________ 61 Figura 3.89, Curvas de par e intensidad en un arranque estrella-triángulo ________________________________ 62 Figura 3.90, Arranque estrella-triángulo ___________________________________________________________ 62 Figura 3.91, Variación de velocidad de motores asíncronos ____________________________________________ 63 Figura 3.92, Conexión Dahlander ________________________________________________________________ 63 Figura 3.93, Conexión Dahlander, circuito de fuerza _________________________________________________ 64 Figura 3.94, Conexión Dahlander, circuito de mando _________________________________________________ 64 Figura 3.95, Esquema de bloques de un variador de frecuencia _________________________________________ 65 Figura 3.96, Formas de onda de tensión en un inversor PWM __________________________________________ 65 Figura 3.97, Característica de par de un variador (Altivar 66 – Telemecanique) ____________________________ 67 Figura 3.98, Curva de funcionamiento a par constante ________________________________________________ 67 Figura 3.99, Curva de funcionamiento a par variable _________________________________________________ 67 Figura 3.100, Curva de funcionamiento a potencia constante ___________________________________________ 67 Figura 3.101, Altivar 11, esquema de conexiones (Cortesía de Telemecanique) _____________________________ 69 Figura 3.102, Altivar 11, Bornes y frontal __________________________________________________________ 69 Figura 3.103, Cuadro eléctrico con variador de frecuencia instalado_____________________________________ 70
INDICE DE TABLAS Tabla 1, Poder de corte y de cierre, IEC 947-2 ............................................................................................................. 21 Tabla 2, Designación de fusibles ................................................................................................................................... 23 Tabla 3, Colores normalizados para pulsadores ........................................................................................................... 33 Tabla 4, Colores normalizados para pilotos luminosos................................................................................................. 34 Tabla 5, RBT-ITC 47 Tabla 1......................................................................................................................................... 57
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Automatismos cableados y control de potencia