AUTOMATISMO POR CONTACTOR DEFINICION Mecanismos capaces de ejecutar tareas repetitivas y de controlar determinadas operaciones sin la intervención de un operador humano. sistema capaz de ejecutar sus funciones, controlarlas y dirigirlas presindiendo de la intervención del hombre
ELECTROMAGNETICO Cuando la bobina del contactor se excita por la circulación de corriente, el núcleo atrae a la armadura y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo el circuito entre la red y el receptor. Este desplazamiento puede ser: - Por rotación, pivote sobre su eje. - Por traslación, deslizándose paralelame paralelamente nte a las partes fijas. f ijas. -Combinación de movimientos, rotación y traslación. Cuando la bobina deja de ser alimentada, se abren los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. El circuito magnético está preparado para resistir los choques mecánicos provocados por el cierre y la apertura de los contactos y los choques electromagnéticos debidos al paso de la corriente por las espiras de la bobina. Con el fin de reducir los choques mecánicos, a veces se instalan amortiguadores. Cabe acotar que para el uso con corriente alterna, se suele instalar una espira en cortocircuito (espira de sombra) que genera un flujo magnético desfasado con el principal, de manera que la fuerza de atracción pulsatoria resultante no se anule nunca, evitándose así las vibraciones que generan zumbidos molestos. Si el contactor se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y los de parada en serie con la bobina.
TIPOS DE CONTACTORES Por su construcción Contactores electromagnéticos Su accionamiento se realiza a través de un electroimán.
Contactores electromecánicos
Se accionan con ayuda de medios mecánicos. Contactores neumáticos Se accionan mediante la presión de aire.
Contactores hidráulicos Se accionan por la presión de aceite.
Contactores estáticos Estos contactores se construyen a base de tiristores. Estos presentan algunos inconvenientes como:Su dimensionamiento debe ser muy superior a lo necesario,la potencia disipada es muy grande, son muy sensibles a los parásitos internos y tiene una corriente de fuga importante además su costo es muy superior al de un contactor electromecánico equivalente.
Por el tipo de corriente que alimenta a la bobina Contactores para corriente alterna Contactores para corriente continua Por la categoría de servicio Las aplicaciones de los contactores, en función de la categoría de servicio, son:
AC1 (cos φ>=0,9): cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica. Son para condiciones de servicio ligeros de cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia, lamparas de incandesencia, calefacciones eléctricas. No para motores. AC2 (cos φ=0,6): motores síncronos (de anillos rozantes) para mezcladoras centrífugas. AC3 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio continuo para aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores. AC4 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio intermitente para grúas, ascensores.
PARTES DE LOS CONTACTORES Carcasa Es el soporte fabricado en material no conductor que posee rigidez y soporta el calor no extremo, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor. además es la presentación visual del contactor. Electroimán Es el elemento motor del contactor, compuesto por una serie de dispositivos, los más importantes son el circuito magnético y la bobina; su finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando así un campo magnético muy intenso, que provocará un movimiento mecánico.
Bobina Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado con un gran número de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético. Éste a su vez produce un campo electromagnético, superior al par resistente de los muelles, que a modo de resortes, se separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. Cuando una bobina se alimenta con corriente alterna la intensidad absorbida por esta, denominada corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito solo se tiene la resistencia del conductor. Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura y a la resistencia mecánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que el circuito magnético se cierra, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce, obteniendo así una corriente de mantenimiento o de trabajo más baja. Se hace referencia a las bobinas de la siguiente forma: A1 y A2. Siempre y cuando este supervisado por un ingeniero debidamente capacitado.
Núcleo Es una parte metálica, de material ferromagnético, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcasa.Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura. Espira de sombra Forma parte del circuito magnético, situado en el núcleo de la bobina, y su misión es crear un flujo magnético auxiliar desfasado 120° con respecto al flujo principal, capaz de mantener la armadura atraída por el núcleo evitando así ruidos y vibraciones. Armadura Elemento móvil, cuya construcción es similar a la del núcleo, pero sin espiras de sombra. Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, ya que debe estar separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina cota de llamada. Las características del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito magnético, se realicen de forma muy rápida, alrededor de unos 10 milisegundos. Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no logrará atraer a la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez necesaria.
Contactos Simbología de polos (arriba) y Contactos Auxiliares(abajo). Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la bobina se energice. Todo contacto esta compuesto por tres conjuntos de elementos:
Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura para establecer o interrumpir el paso de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva el mencionado resorte que garantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes.
Contactos principales: su función es establecer o interrumpir el circuito principal, consiguiendo así que la corriente se transporte desde la red a la carga. Simbología: se referencian con una sola cifra del 1 al 16. Contactos auxiliares: son contactos cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas. Los tipos más comunes son:
Instantáneos: actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor, se encargan de abrir y cerrar el circuito. Temporizados: actúan transcurrido un tiempo determinado desde que se energiza la bobina (temporizados a la conexión) o desde que se desenergiza la bobina (temporizados a la desconexión). De apertura lenta: el desplazamiento y la velocidad del contacto móvil es igual al de la armadura. De apertura positiva: los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir cerrados en ningún momento. En su simbología aparecen con dos cifras donde la unidad indica:
1 y 2, contacto normalmente cerrados, NC. 3 y 4, contacto normalmente abiertos, NA. 5 y 6, contacto NC de apertura temporizada o de protección. 7 y 8, contacto NA de cierre temporizado o de protección. por su parte, la cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qué contactor pertenece.
Resorte Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posición de reposo una vez que cesa el campo magnético de la bobina.
RELÉ TÉRMICO DE UN CONTACTOR El relé térmico es un elemento de protección que se ubica en el circuito de potencia, contra sobrecargas. Su principio de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos elementos, bimetales, bajo el efecto de la temperatura, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos contactos auxiliares que desactiven todo el circuito y energicen al mismo tiempo un elemento de señalización. El bimetal está formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatación y unidos firmemente entre sí, regularmente mediante soldadura de punto. El calor necesario para curvar o reflexionar la lámina bimetálica es producida por una resistencia, arrollada alrededor del bimetal, que está cubierto con asbesto, a través de la cual circula la corriente que va de la red al motor. Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobrepasa el valor nominal para el cual han sido dimensionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio de estado de los contactos auxiliares que lleva. El tiempo de desconexión depende de la intensidad de la corriente que circule por las resistencias.
PARTES DE UN RELE DE UN CONTACTOR Básicamente un relé consta de dos partes: una bobina y unos contactos.
BOBINA: Una bobina es un arrollamiento de hilo, generalmente de cobre, que se acopla sobre un núcleo de hierro magnético. CONTACTOS: Los contactos son unas láminas metálicas que se juntan o separan según apliquemos o no tensión a la bobina del relé.
TIPOS DE UN RELE DE UN CONTACTOR Un relé es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.
Tipos de relés: Relés electromecánicos: A) Convencionales. B) Polarizados. C) Reed inversores. Relés híbridos. Relés de estado sólido.
EL GUARDAMOTOR Un guardamotor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobreintensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K. Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos magneto-térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase. Pero contrariamente a lo que ocurre con los pequeños interruptores automáticos magneto-térmicos, los guardamotores son regulables; de resultas de lo cual se dispone en una sola unidad de las funciones que de otra manera exigirían por ejemplo la instalación de al menos tres unidades a saber: interruptor, contactor y relevo térmico.
PULSADORES pulsador es un dispositivo utilizado para activar alguna función. Los botones son de diversa forma y tamaño y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos o electrónicos. Los botones son por lo general activados al ser pulsados, normalmente con un dedo. corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre él vuelve a su posición de reposo.
Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente abierto NA.
Tipos de un pulsador Diferentes tipos de pulsadores: (a) Basculante. (b) Pulsador timbre. (c) Con señalizador. (d) Circular. (e) Extraplano.
PARTES DE UN PULSADOR Consta del botón pulsador; una lámina conductora que establece contacto con los dos terminales al oprimir el botón, y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición primitiva al cesar la presión sobre el botón pulsador.
MAGNETISMO El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
MAGNITUDES MAGNÉTICAS. El flujo magnético (Φ).
Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que genera un campo magnético. La letra griega Φ representa el flujo magnético. En el
sistema de unidades internacionales es la unidad weber (Wb).
La inducción magnética (B). La inducción magnética se refiere a la concentración o la densidad de líneas de fuerzas que atraviesan una unidad de superficie. La inducción magnética esta representada por la letra o símbolo B. En el sistema internacional la unidad es el TESLA (T). Sin embargo, en el sistema de Gauss la unidad es el Gauss (G)
La intensidad del campo magnético (H). Como el título dice es la intensidad que tiene un campo magnético. La intensidad del campo magnético esta directamente afectada por la fuerza magnetomotriz. En el caso de las bobinas, cuanto más largas sean las bobinas menor será la intensidad del campo magnético porque la fuerza magnetomotriz se dispersa en una mayor superficie. La unidad usada en el sistema internacional es el amperio por metro (A/m). Mientras que en el sistema de Gauss es el Oersted (Oe). La letra o símbolo H representa a la intensidad del campo magnético.
En donde: L = La longitud de la bobina. N = Espiras de la bobina. I = La intensidad.
La fuerza magnetomotriz (F). La fuerza magnetomotriz son las líneas de fuerza que es capaz de generar una bobina, lo cual, quiere decir, que esta directamente afectada por la intensidad que pasa por dicha bobina. Al aumentar la intensidad aumentará también la fuerza magnetomotriz. La letra o el símbolo F representa la fuerza magnetomotriz. Las letras o símbolo f.m.m., también designa a la fuerza magnetomotriz y, es más común. En el sistema internacional el amperio-vuelta (Av) es la unidad. La siguiente ecuación es la usada para calcular la fuerza magnetomotriz en una bobina: En donde:
N = Espiras de la bobina. I = La intensidad.
La reluctancia (R). Todos los materiales tienen propiedades y, la reluctancia es una de ellas. La reluctancia es la capacidad que tiene un material determinado para dejar formarse las líneas de fuerza. Es un concepto similar al de la resistividad de los materiales o a la resistencia de un circuito eléctrico. De aquí podemos fácilmente deducir que los materiales no ferromagnéticos tienen una alta reluctancia. La letra o símbolo que designa a la reluctancia es la R. La unidad en el sistema internacional es el amperio-vuelta por weber (Av/Wb). La ecuación utilizada para calcular la reluctancia es: La permeabilidad magnética (μ).
La permeabilidad es la capacidad que tiene una sustancia para atraer y dejar pasar a las líneas de fuerza o el campo magnético. Existen tres tipos de permeabilidad: la permeabilidad relativa, la permeabilidad absoluta y la permeabilidad del vacio. 1. La permeabilidad relativa. Se designa por las letras o símbolo μr . La
permeabilidad relativa esta definida en función de la capacidad que tiene un material o sustancia de aumentar el n° de las líneas de fuerza.
2. La permeabilidad absoluta. Es la que se utiliza en realidad, porque relaciona la intensidad de campo magnético producido por una bobina con la inducción magnética. Se design a con la letra o símbolo μ. La unidad en el sistema internacional es el henrios/metro (H/m) y la fórmula para calcularla es: 3. La permeabilidad de vacio. También conocida como permeabilidad del aire. Se designa con las letr as o símbolo μ0. Su fórmula es: Hay que tener claro que la permeabilidad es un coeficiente de los materiales pero que no es constante porque depende directamente de la inducción magnética.
La histéresis magnética. La histéresis sucede cuando un material o sustancia adquiere una propiedad por estímulos externos y, al retirarle dicho estímulo, continua manteniendo cierta magnitud o cantidad de esa propiedad generada.
En términos magnéticos sería cuando un material ferromagnético recibe la influencia de un campo magnético (imanes) y mantiene durante cierto periodo de tiempo una cantidad de ese magnetismo. Esta magnitud magnética es especialmente interesante en lo que se refiere a ciertas máquinas eléctricas como pueden ser, los transformadores, los motores, los generadores, los electroimanes, etc. En este tipo de máquinas se necesita tener bajo el nivel de histéresis para evitar las pérdidas de energía por histéresis. Clasificación de los materiales magnéticos
Tipo de material
Características
No magnético
No afecta el paso de las líneas de Campo magnético. Ejemplo: el vacío.
Diamagnético
Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele. Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua.
Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética. Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular.
Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética. Paramagnético por encima de la temperatura de Curie (La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C) . Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave.
Antiferromagnético
No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido. Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2).
Ferrimagnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos. Ejemplo: ferrita de hierro.
Superparamagnético
Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica. Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.
Ferritas
Ferromagnético de baja conductividad eléctrica. Ejemplo: utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.
ELECTROMAGNETISMO El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell. El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.
LEYES FUNDAMENTALES DEL ELECTROMAGNETISMO Ley de Lenz: Ley: "El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce".La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo; no obstante esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.
Ley de Ampere: En física del magnetismo, la ley de Ampère, modelada por André-Marie Ampère en 1826,1relaciona un campo magnético estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando parte del electromagnetismo de la física clásica. La Ley de Ampere relaciona una intensidad de corriente eléctrica con el campo magnético que ésta produce. Se utiliza en conductores considerados teóricamente de longitud infinita por ejemplo para calcular el campo alrededor de un conductor rectilíneo (a diferencia de otros, por ejemplo una espira cerrada, en dónde se utiliza la Ley de Biot-Savart).
Ley Biot-Savart La ley de Biot-Savart indica el campo magnético creado por corrientes eléctricas estacionarias. En el caso de las corrientes que circulan por circuitos filiformes (o cerrados), la contribución de un elemento infinitesimal de longitud del circuito recorrido por una corriente crea una contribución elemental de campo magnético, , en el punto situado en la posición que apunta el vector a una distancia r respecto de , quien apunta en dirección a la corriente I:
Ley de Faraday: La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:1En resumen: "La cantidad de sustancia que se oxida o se reduce en los electrodos de una cuba electrolítica es proporcional a la cantidad de electricidad depositada ”.
Ley de Gauss: En física y en análisis matemático, la ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica encerrada por esta superficie. De esta misma forma, también relaciona la divergencia del campo eléctrico con la densidad de carga. El flujo (denotado como Φ) es una propiedad de cualquier campo vectorial
referida a una superficie hipotética que puede ser cerrada o abierta. Para un campo eléctrico, el flujo (Φ E ) se mide por el número de líneas de fuerza que atraviesan la superficie. Para definir al flujo eléctrico con precisión considérese la figura, que muestra una superficie cerrada arbitraria dentro de un campo eléctrico.
ELECTROIMANES Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. En 1819, el físico danés Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico Estadounidense Joseph Henry inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.
