JOSE LUIS VALENTIN LABARTA
EDITORIAL DONOSTIARRA Pokopandegi, n° 4 - Pabellon 19aralde - Barrio 19ara Apartado 671 - Telefonos (943) 21.57.37 - 21.30.11 - Fax (943) 21.95.21 20.009 - SAN SEBASTIAN
Estimado
lector:
Un libro es, sin duda, el objeto mas valioso que una persona puede tener en sus manos Cada uno constituye un pequefio mundo de ciencia 0 de cultura y su vida es practicamente ilimitada. Siempre esta dispuesto, generosamente, a que 10 abramos y podamos releerlo para actualizar nuestros conocimientos. Este libro es el fruto de much as horas de trabajo del autor que ha desarrollado en 81 sus conocimientos y su experiencia profesional. Por su parte, el editor presenta el libro con un acabado de calidad y participa con su organizacion y recursos para que se difunda ampliamente a trav8s de los canales normales de comercializacion. Usted lector, que ya ha adquirido ellibro, puede hacer fotocopias de las paginas para su usa personal. En todo caso, rehuse cualquier ejemplar "pirata" 0 fotocopia ilegal del mismo, ya que con ello evitara ellucro de aquellos que se aprovechan ilegalmente del esfuerzo del autor y del editor La reprografia indiscriminada y la pirateria editorial de libros en vigor ponen en gravisimo peligro su vida y son practicas ilegales que atentan contra la creatividad y contra la difusion de la cultura. GRACIAS POR SU COLABORACION.
©
EDITORIAL
DONOSTIARRA,
SA
Jose Luis Valentin Labarta Edita: Editorial Donostiarra Pokopandegl, 4 - San Sebastian (Esp ana) Impreso en Espana - Printed in Spain Maquetacion: Alberto Arranz Imprime: ARPIrelreve s.a. Pol. Ind. Molrno del Pilar, nave 46 Cno. de los Molrnos sin. 50015 ZARAGOZA ISBN: 84-7063-276-0 Deposlto Legal. Z-2525/99
IN DICE
TEMATICO
Unidad didactica 1. El motor trifasico
9
I. Fundamento del motor trifasico 2. Constitucion del motor trifasico 3. Par motor y par resistente. Velocidad ACTIVIDADES EJERCICIOS
Unidad didactica 2. Carateristicas del motor trifasico
10 10 14 17 18
eh~ctricas 19
I. Tntensidad del motor trifasico
20 22
2. Potencia y rendimiento del motor trifasico 3. Correccion del factor de potencia de un motor trifasico 4. Motores trifasicos de dos velocidades 5. Datos de catalogo de los motores trifasicos ACTIVIDADES EJERCICIOS
25 30 32 34 34
Unidad didactica 3. Arranque motores trifasicos
37
de
I. Proceso del arranque de un motor trifasico 2. El arranque directo 3. El arranque estrella-triangulo 4. El arranque por autotransformador 5. El arranque por resistencias estatoricas 6. El arranque por resistencias rotoricas 7. Arrancadores estaticos 8. Resumen de los sistemas de arranque ACTIVIDADES EJERCICIOS
Unidad didactica 4. Conmutacion motores. El contactor
38 38 39 41 42 44 46 47 49 49
de 53
1. Dispositivos de conmutacion 2. La conmutacion manual 3. El contactor. Su estructura 4. Categorfas de empleo del contactor 5. Activado del contactor EJERCICIOS ACTIVIDADES
54 54 55 56 61 66 67
Unidad didactica 5. La proteccion de motores (I)
69
I. 2. 3. 4.
70 70 71 72
El esquema multifilar y unifilar El esquema conjunto y desarrollado Los dispositivos protectores El rele termico
5. Los fusibles EJERCTCIOS ACTIVIDADES
75 80 82
Unidad didactica 6. La proteccion de motores (11)
83
I. El disyuntor 2. Proteccion de los conductores EJERCICIOS ACTIVIDADES
84 87 94 96
Unidad didactica 7. Esquemas de circuitos de motores (I)
97
1. La tension de mando 2. El contacto auxiliar 3. Contactos auxiliares y reles 4. Aplicaciones en arranque directo EJERCICIOS ACTIVTDADES
98 99 102 104 107 109
Unidad didactica 8. Esquemas de circuitos de motores (11) 111 1. El arranque directo con inversion 2. El arranque estrella-triangulo 3. El arranque por autotransformador 4. El arranque por resistencias EJERCTCIOS ACTIVIDADES
Unidad didactica 9. Componentes circuito de mando (I)
112 114 117 119 122 124
del 125
I. Conmutadores manuales 2. Reles de funcion EJERCICIOS ACTIVIDADES
Unidad didactica 10. Componentes circuito de mando (11)
126 130 134 136
del 137
1. Reles de medida y control 2. lnterruptores de posicion EJERCICTOS ACTIVTDADES
Unidad didactica 11. Componentes circuito de mando (Ill) 1. Detectores de proximidad 2. Detectores fotoelectricos ACTIVIDADES
138 143 147 148
del 149 150 156 158
PRESENTACION Ofrecemos esta obra como una introducci6n
al extenso dominio del automatismo
electrico.
El libro esta destinado a los alumnos y las alumnas del ciclo formativo de grado medio "Equipos e instalaciones electrotecnicas". Su objeto exclusivo es adquirir un razonable conocimiento un automatismo electrico. Ellibro
sobre los componentes
que intervienen en
se ha articulado en once unidades didacticas que podemos agrupar en los siguientes bloques:
Bloque 1. Unidades didacticas I, 2 y 3. En ellas se describen el principio del motor trifasico, sus principales caracterfsticas electromecanicas y las peculiaridades de sus diversos sistemas de arranque. Conscientes de la practica exclusividad del motor trifasico en los automatismos hemos omitido deliberadamente otros tipos de motores.
el-ectricos,
Por otro lado, consideramos que dichos tipos de motores (de corriente continua, monofasicos, etc.) tienen su propio tratamiento en el m6dulo Electrotecnia del mismo ciclo formati vo. Bloque 2. Unidades didacticas 4, 5 y 6. En ellas se describen los diversos dispositivos la conmutaci6n y protecci6n de circuitos de motores. La adecuada elecci6n de estos componentes y de los correspondientes alimentaci6n es una constante a 10 largo de toda la obra.
empleados en
conductores
de
B10que 3. Unidades didacticas 7 y 8. En ellas se describen los circuitos elementales de un automatismo electrico y los que derivan de los diversos tipos de arranque. Bloque 4. Comprende las unidades didacticas 9, 10 Y 11. En ellas se detalla el funcionamiento elementos mas usuales que intervienen en el control de los motores. Confiamos en que la obra sea de utilidad al alumnado, al profesorado de la materia.
y a los interesados
0
de los
estudiosos
UNIDAD DIDACT'CA
1
El motor trifaisico .. Sumario 1. Fundamento 2. Constituci6n
del motor trifasico. del motor trifasico.
3. Par motor y par resistente. Ejercicios
Al termino
Velocidad.
y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces
de:
• Describir la estructura de un motor trifasico. • Estimar las velocidades de sincronismo de los motores trifasicos y de los correspondientes deslizamientos. • Evaluar el par de un motor trifasico a diversas velocidades y potencias Miles. • Interpretar las graficas par/velocidad/potencia util, de los motores trifasicos. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
9
UNIDAD
DIDAcTICA
1: El motor
1. Fundamento
trifasico.
del motor trifasico.
En la actualidad, la pnictica totalidad de las maquinas industriales, asf como las del sector de elevacion y transporte, estan accionadas por motores trifasicos. Entre sus caracterfsticas siguientes:
ventajosas destacamos las
• Robustez y practica ausencia de mantenimiento. • Buena relacion potencia / peso. • Posibilidad de regulacion de velocidad con los actuales equipos variadores. • Bajo precio.
Todo motor trifasico tiene una velocidad de sincronismo, ns' que nunca puede alcanzar. De ahf el nombre de asincromo que le acompafia en su denominacion. La velocidad de sincronismo
ns =
60· p
f
tiene la expresion:
r.p.m
siendofdicha frecuencia en hercios (Hz) y p el mimero de "pares de polos" del estator. El valor de la frecuencia en la mayorfa de los pafses es de 50 Hz, en redes de distribucion en B.T. . El ntimero minimo de pares de polos es la unidad bipolares) al que corresponde la maxima velocidad de sincronismo de motores trifasicos a 50 Hz: (p = 1, en motores
Su funcionamiento se basa en la accion matriz que ejerce un campo magnetico giratorio sobre un bloque rotativo. Tres devanados fijos colocados "electricamente" a 120 entre sf, y alimentados por un sistema trifasico de tensiones, producen dicho campo giratorio. 0
Este campo giratorio tiene un valor constante y su velocidad de giro 0 velocidad de sincronismo depende de la disposicion y las caracterfsticas constructi vas de los devanados y de la frecuencia de la tension. Esquematizamos esta disposicion en la Fig. 1. Los devanados se alojan en la parte fija 0 estator, designandose como rotor a la parte giratoria.
Ll
n
s
=
60·50 1
= 3.000 r.p.m
El motor trifasico mas usual es el de 4 polos, al que corresponde una velocidad de sincronismo de 1.500 r.p.m.
2. Constituci6n
del motor trifasico.
Muy esquematicamente, un motor asfncromo trifasico,o simplemente trifasico, consta de una parte fija 0 estator y una parte giratoria 0 rotor.
L2 L3
El estator consiste en un anillo cilfndrico compuesto por chapas metalicas prensadas y ajustadas a presion en la carcasa del motor. En su superficie entera se disponen las ranuras en las que se alojan los conductores de los devanados. El rotor se dispone de modo que pueda girar alrededor del mismo eje que el estator. Consiste en un cilindro formado tambien por chapas magneticas prensadas, con ranuras en su periferia. En estas ranuras se alojan los conductores que constituyen [os devanados rotoricos.
Fig. 1 -
10
Representaci6n esquematica trifasico.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
de un motor
El circuito eh~ctrico de este motor consta, segtin 10 dicho, de tres devanados estatoricos (u, v, w) que se conectan a la red, creando el campo giratorio. Este campo giratorio induce en los devanados rotoricos unas corrientes que provocan su giro.
UNlOAD
Cad a devanado rotorico tiene uno de sus extremos unido al de los otras, formando un punto "estrella" comun interno. Los otras tres extremos (K, L y M) son accesibles desde el exterior (Fig. 2).
oloAcTICA
1: El motor
trifasico.
3 x 230 V
Ll L2
L3 UI
r
Ranuras estatoricas
Estator
VI UI-WZ
230 V
Lz
Rotor
Fig. 3 -
Conexi6n
del estator en conexi6n
de un motor
trifasico
triangulo.
• En conexion estrella, si la tension de red es de 400 V (Fig. 4).
UI
VI
3 x 400 V
LI L2 L3
WI
r
UI
VI
WI
UZ
VZ
wz
UI
230V
L K
,,
U2
V2
c
W2
ESTATOR
,,
L
' '
M WI
2 - Circuito
VI
~------:
ROTOR Fig. 4 -
Fig.
UZ-VZ-WZ
eiectrico
de un motor
Conexi6n
del estator de un motor en conexi6n estrella.
trifasico
trifasico.
Los devanados estatoricos se conectan a una red trifasica de tensiones, de modo que cada uno de ellos reciba entre sus bornas la tension nominal para la que ha sido disenado. En la mayoria de los motores trifasicos de tamano pequeno y mediano, esta tension tiene un valor de 230 V 0 400 V. Un motor de 230 V de tension nominal puede trabajar a esta tension de 2 modos diferentes: • En conexion triangulo, alimentado par una red trifasica de 230 V de tension nominal (Fig. 3).
Par este moti vo, cualquier trifasico tiene en su placa de caracterlsticas dos valores de tension de alimentacion, par ejemplo, 230/400 V, 240/415 V 0400/690 V. La tension mayor es siempre f3 veces mayor que la menor, pero no debemos olvidar que esta ultima es la tension nominal de los devanados. Para realizar facilmente una u otra conexion se situan los bomes de los devanados en la posicion alternada de la (Fig. 5). Con unas simples pletinas metalicas realizamos los puentes indicados. AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
11
UNIDAD
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
3 x 230 V LI
L2
3 x 400 V L3
~
I
I
I
I
I
r
r
r
W2
U2
1
V2:: J
L2
W2 ()
U2
L3
-l~l--L;--l~l-:
~- ~-U-I--~~~ - -~-~l-: I
:
L1
I I
{j
l
V2 0
r : J
K
L
M
Estrella
Triangulo
Fig. 5 - Conexi6n en la caja de bornas de un motor trifasico.
La caja de bornas de la Fig. 6 nos muestra ambas disposiciones.
Fig. 7 - Rotor bobinado y sus conexiones.
3 x
RI
3 x
R2
V2 Velocidad arranque nominales
y
Velocidad y arranque amortiguados
Fig. 8 - Conexiones rot6ricas de un motor trifasico.
Fig. 6 - Disposici6n de las conexiones en la caja de bornas.
Podemos ver en la Fig. 9, el rotor extrafdo de su alojamiento. Pueden observarse los tres anillos colectores y las escobillas con las que hacen contacto.
La reciente unificacion europea de los valores de las tensiones de suministro en BT, ya ha propuesto el de 400V como preferente. Ello qui ere decir que la totalidad de los motores de 230/400V se deberan conectar en estrella, y los de 400/690V, en trhingulo.
Escobillas
y porta-escobillas
Respecto a los devanados rotoricos, los tres extremos independientes se acoplan a los correspondientes anillos colectores. Apoyando en cada uno de ellos una escobilla, obtenemos las tres bornas fijas y accesibles K, L Y M. (Fig. 7). Para que circulen corrientes rotoricas y el conjunto gire, es preciso unir estas tres bornas en un punto comun. Este punto puede obtenerse directamente 0 a traves de resistencias extern as al motor. En este segundo caso, podemos obtener, como veremos mas adelante, unos arranques mas suaves 0 una cierta regulacion de la velocidad de giro (Fig. 8). 12
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Rotor bobinado de ranuras abiertas
Fig. 9 - Rotor bobinado y escobillas de un motor trifasico.
UNlOAD
En el sfmbolo asignado a este motor aparecen nueve born as indicadas (Fig. 10.1).
las
Si se ha realizado en la caja de bornas la correspondiente conexion en estrella 0 en triangulo, solo son operativas tres de ellas, que denominamos simplemente como U, V Y W (Fig. 10.2). En el caso mas general, las bornas K, L YM estaran unidas ( "en cortocircuito") en marcha normal del motor.
UI
VI
WI
U
V
W
K
L
M
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
escobillas. Un eje longitudinal de acero estructura el conjunto y proporciona el apoyo en los dos extremos (Fig. 11). El conjunto rotorico asf disefiado presenta gran simplicidad y robustez, pero no permite accedeI' alas corrientes rotoricas, como en el caso del rotor bobinado. El rotor de jaula de la Fig. 12 se representa extrafdo de su alojamiento.
K --~
,
L --~ M·--'
U2
V2 W2
,,
, 1-
__
(1)
Fig. 10 -
•
, __
I
(2)
Simbolo
de un motor trifasico rotor bobinado.
con
El rotor de jaula 0 en cortocircuito representa una simplificacion del anterior y se ha convertido en el modelo rotorico habitual de casi todos los motores. En esta disposicion se han reemplazado los devanados por barras de cobre, tambien alojadas en ranuras, que estan unidas todas ellas en sus extremos por medio de dos anillos metalicos. Las corrientes rotoricas recorren, ahora, las born as y se cierran a traves de los anillos, quedando suprimidos el colector y las
Fig. 11 -
Rotor de jaula
de un motor
trifasico.
Fig. 12 -
Rotor de jaula
extrafdo.
El sfmbolo del motor de jaula resulta simplificado, por carecer de born as rotoricas. Las bornas estatoricas se denominan como en el modelo anterior (Fig. 13).
UI
VI
WI
U2
V2 W2
Fig. 13 -
U
Simbolos
AUTOMATISMOS
V
W
del motor
Y CUADROS
U
trifasico
V
W
de jaula.
ELECTRICOS
13
UNIDAD
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
3. Par motor y par resistente. Velocidad. Supongamos una maquina elemental, como la polea de la Fig. 14. Tiene un radio r y en ella se enrolla un cable del que cuelga un peso F.
En otras maquinas giratorias (ventiladores, bombas de agua, etc) el calculo no es tan seneillo, pero siempre puede realizarse. En general, el par de casi todas las maquinas giratorias puede obtenerse como suma de pequefios pares a veneer, repartidos en la periferia. El par resultante es la suma de todos eJlos (Fig. 15).
n (Lp. m.) 11
I
M = F·
r
I
F M
=
(FI + F2 + ... + F7)
.
r
M= F· r
Fig. 14 -
Polea
giratoria
elevando
Para mover esta maquina, haciendo ascender el peso, sera preciso veneer su par resistente, M, que, por definici6n, tiene el valor: M= F·
F
un peso.
r
Si los datos son, por ejemplo, P = 50 kg. Yr = 0,1 m, este par tiene el valor: M = F . r = 50 . 0,1 = 5 kg . m
La unidad habitual del par es el Newton por metro (N·m), cuya equivalencia eon el kg . m es: I kg . m = 9,8 N . m En el caso citado, el par resistente es:
Fig. 15 -
Par resistente
de una maquina
rotativa.
Afiadiremos, ademas, que el par resistente de las diversas maquinas rotativas varia con su velocidad. Por ello, para obtener la potencia necesaria para mover una maquina a cierta velocidad, hay que conocer su par resistente a dicha velocidad. Si nos proporcionan un grafico de la variaci6n par/velocidad de una maquina, podremos obtener la potencia para accionarJa a cualquier velocidad. Las maquinas centrffugas, por ejemplo las bombas rotativas para Hquidos, tienen un par resistente que crece con la velocidad. Para estabilizarla a una velocidad nl se precisa una potencia.
M = 5 ·9,8 = 49 N·m
(Fig. 16)
Para veneer ese par resistente, haciendo girar la polea a una velocidad de rotaci6n n (Lp. m), hace falta una cierta potencia. Una f6rmula muy conoeida de Mecanica nos da la expresi6n de esa potencia en vatios:
M (N· m)
P = 0,104 . M . n (W)
Par resistente
En el ejemplo anterior, para hacer girar la polea a 1200 Lp.m ascendiendo el peso, es precisa una potencia de valor: P = 0,104·49·1200
Maquina
= 6115,2 W 11
La polea descrita es la mas elemental de las maquinas giratorias: su par resistente se calcula muy faeilmente y permanece constante a eualquier velocidad de giro. 14
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
111
Fig. 16 -
Grafico
(Lp.m.)
par/velocidad de una maquina rotativa.
UNlOAD
Segun un prineipio de Mecaniea, euando un motor arrastra una maquina, el eonjunto aleanzara una veloeidad estable euando el par motor iguale al par resistente. Como tambien los motores tienen su grafiea par/veloeidad, resulta que el eonjunto estabilizara su veloeidad en el punto en el que ambas grafieas se eruzan. Representamos en la Fig. 17 las grafieas de par/veloeidad de un motor y de la maquina a arrastrar. El eonjunto alcanzara la veloeidad de rotaei6n ni' en la que permaneeera.
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
Mientras el par motor sea mayor que el resistente, el eonjunto acelera. Si el par de arranque Ma del motor es inferior al eorrespondiente de la maquina, el eonjunto permaneee inm6vil. (,C6mo es la grafiea par/veloeidad trifasieo?
de un motor
Puede adoptar formas diversas, pero todas similares a la de la (Fig. 18).
LI
L2
L3
Malar Mm
-0- I I
M.
I I
M.
I I I I
Mn
11
Mo
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
-------:------------~-------
-------~-----------t--------~
11
I
M,
III
Maquina
n
n
Jl
0
Jl
Fig. 18 - Variaci6n del par motor con la velocidad.
En dieha grafiea, destaeamos los siguientes puntos: 3 - Par de arranque. Corresponde eonexi6n a la red.
11
MOlor/Maq
Mm
al momento de
2 - Par de enganche. Si en este punto, este valor es superior al eorrespondiente de la maquina, el eonjunto aeelera.
u ina
1 - Par maximo. ~
N - Par nominal. Este valor eorresponde al punto de trabajo para el que esta disenado el motor y dimensionados sus eomponentes mecanieos y eleetrieos. 0- Par vacio. Representa las resisteneias a veneer en el propio motor (ventilador, rodamientos, ete). Proporeiona una poteneia uti I nula. 11 III
Fig. 17 - Variaci6n par/velocidad del conjunto motor-maquina.
Volviendo a la polea anterior, euando la eargamos con pesos di versos que produeen pares diferentes, M I' M2 Y M3, el eonjunto estabiliza la veloeidad en los eorrespondientes valores ni' n2 y n3 (Fig. 19). AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
15
UNIDAD
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
Ejemplo. Un motor trifasico de 6 polos gira a 965 r.p.m. Hallar su deslizamiento y el correspondiente relativo a 50 Hz. Solucion. Si tiene 6 polos, es p = 3. Velocidad de sincronismo: ns
M
=
60·
f
=
p
60·50 = 1.000 Lp.m.
3
Deslizamiento: S
=
Deslizamiento Sr
=
1.000 - 965
= 35
Lp.m.
relati vo:
35 1.000
= 0,035
n
arranque, 0 al estado del motor con tension y rotor bloqueado por exceso de carga. El deslizamiento relativo tambien puede expresarse en forma de porcentaje (%) de la velocidad de sincronismo. Obtenemos su valor multiplicando por cien el valor de Sr' En el ejemplo anterior, el deslizamiento relativo es del 3,5 %.
Fig. 19 - Velocidades de regimen para diversos pares motores.
La velocidad de sincronismo ns corresponde al par nulo, y es la teorica del campo giratorio (750 r.p.m., 1500 Lp.m., etc.). Esta velocidad no puede alcanzarse nunca, salvo en condiciones anormales en las que puede rebasarse. Este es el caso de la polea anterior, en la que el motor desciende el peso. La velocidad en vacio, no' es ligeramente inferior a la de sincronismo (de un I % a un 3% inferior, en motores pequefios y medianos). A cualquier velocidad n del motor, definimos deslizamiento como la diferencia: S=n y su deslizamiento
s
su
-n
relativo por la expresion:
Sr
=
ns - n
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
Para una mejor representacion de estas dos variables, situamos los pares en el eje de abcisas y las velocidades en el de ordenadas. En la Fig. 20 realizamos esta disposicion. Se trata de un motor trifasico tetrapolar de 9kW. En cualquier variables:
punto de funcionamiento,
ELECTRICOS
las tres
• Velocidad • Par • Potencia uti I estan ligadas por la expresion: Pu
ns
El valor del deslizamiento relativo puede oscilar desde unas pocas centesimas, hasta la unidad. Este ultimo caso corresponde al preciso instante del 16
Un motor puede trabajar a diversos regfmenes de par, desde en vacfo hasta a su par nominal. De la curva parlvelocidad solo nos interesa, entonces, el tramo comprendido entre los puntos 0 y N de la Fig. 18.
=
0 ' 104· M· n
A una velocidad cualquiera, por ejemplo 1460 Lp.m., el par correspondiente es de 45,5 N . m y la potencia util es de 6908,72 W (puntos A de la figura anterior).
UNlOAD
oloAcTICA
1: El motor
trifasico.
11 (Lp.m.)
1485 9000 1480 8100 1475 7200 1470
6300 5400
1465
4500
1460
3600 1455 2700 1450 1800 1445
900
1440 0
6
l2
18
24
30
42
36
48
54
M (N·
60
m)
Fig. 20 - Variaci6n de la velocidad y de la potencia util respecto al paso.
ACTIVIDADES
1. Extraer el rotor de motores trifasicos pequefios. Observar su estructura, rodamientos en los extremos del eje, ventilador, ranuras rotoricas, etc. 2. Observar los componentes del estator de los anteriores motores: ranuras estatoricas, caja de bornas, aletas externas, etc. 3. Medir por medio del instrumento adecuado (tacometro manual, dinamo tacometrica, lampara estroboscopica), la velocidad de giro de diversos motores trifasicos. Comparar dicha velocidad en vacio, con la obtenida cuando el motor arrastra alguna maquina. Deducir el numero de polos del estator.
4. Disponemos de un autotransformador para obtener tensiones trifasicas de diversos valores. Alimentar con dicho autotransfor un motor a dos tensiones diferentes (por ejemplo 230 y 400 V), efectuada previamente la adecuada conexion en la caja de bornas. 5. Acoplar a un motor una dinamo freno 0 dispositivo similar, y aplicarle pares resistentes diferentes. Midiendo simultaneamente la velocidad de rotacion, estimar la potencia util que proporciona el motor en cada ensayo. Si se dispone de la adecuada precision en la medida de la velocidad, calcular los corresponbdientes deslizamientos.
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
17
UNlOAD
DIDAcTICA
1: El motor
trifasico.
EJERCICIOS
1. Hallar las velocidades de sincronismo guientes motores trifasicos:
de los si-
4.
Un peso de 2 kg. cuelga de una polea de 50 centfmetros de diametro. (,Que potencia debe ten er el motor que la acciona, para que el peso ascienda a una velocidad de 2,5 m/s7
1.1. Bipolar a 50 Hz. 1.2. Tetrapolar a 60 Hz.
5. Un motor trifasico tiene la variaci6n par/deslizamiento relativo representada en la grMica de la Fig. 21.
1.3. De ocho polos a 100 Hz. lA. De tres pares de polos a 50 Hz. 1.5. De 10 polos a 400 Hz. 2.
Realizar una tabla en la que se indiquen las velocidades y las potencias correspondientes a los nueve valores del par indicados en la figura.
Hallar la potencia necesaria para hacer girar una polea de diametro d, ascendiendo un peso P a una velocidad de rotaci6n n. Se dan los siguientes casos:
= 200 gramos. d = 1 metro. n = 1000 F = 3 kg. d = 0,5 metros. n = 60 rpm. F = 10 Newton. d = 4 cm. n = 22 rps. F = 1 tonelada. d = 0,8 metros. n = 1400
2.1. F
2.2. 2.3. 2A.
rpm.
El motor es tetrapolar y la frecuencia de la red es de 50 Hz. 6. Un motor trifasico tetrapolar tiene la grMica pari velocidad de la Fig. 22, a frecuencia de 50 Hz. Estimar su potencia util, cuando el deslizamiento tiene los siguientes valores:
rpm.
= 50 rpm Sr = 0,1
6.1. S
3. Hallar 10s deslizamientos absoluto y relativo de 10s siguientes motores trifasicos, girando alas velocidades indicadas.
6.2.
6.3. Sf (%) = 6,6 % 6A. El correspondiente
3.1. Tetrapolar, 50 Hz, a 1440 rpm.
al maximo par.
3.2. Bipolar, 60 Hz, a 3418 rpm. 3.3. De ocho polos, 50 Hz, a 710 rpm. 3 A. De seis pares de polos, 200 Hz, a 1969 rpm. M (N· S, (%)
m)
60 55 50
4
45
40 3
35 30 25
2
20 15 10 5
o
5
10
15
20
25
30
35
M 40(N·m)
Fig. 21 - Gratica par/deslizamiento relativo. 18
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
11
o
250
500
750
1000
1250
Fig. 22 - GrcHica par/velocidad.
1500 (rpm)
u
.1
Ca 3.cterA's icas elec
A
I
A--~- T
I('as . el motor t_ ifasic
A
•
Sumario 1. Intensidad
del motor trifasico.
2. Potencia
y rendimiento
3. Correccion 4. Motores
del factor de potencia
trifasicos
5. Datos de catalogo Ejercicios
AI termino
• • • • • •
del motor trifasico. del motor trifasico.
de dos velocidades. de los motores
trifasicos.
y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces
de:
Escoger la conexion adecuada de un motor trifasico segun el valor nominal de la tension de la red. Distinguir los diversos puntos de trabajo de un motor, en base a sus graficas parlintensidad/velocidad. Calcular el rendimiento de un motor en base a sus caracterfsticas elementales. Cuantificar el valor del factor de potencia de un motor en base a su grado de carga. Dimensionar los dispositivos para la adecuada correccion del factor de potencia de un motor trifasico . Interpretar correctamente las graficas de funcionamiento de un motor trifasico. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
19
UNlOAD DIDAcTICA
2: Caracteristicas
1. Intensidad
electricas
del motor trifasico.
del motor trifasico.
Las intensidades rotoricas y estatoricas de un motor trifasico varfan simultaneamente a medida que va cambiando su velocidad. Las intensidades rotoricas pueden medirse en uno cualquiera de sus devanados, intercalandole un amperfmetro en serie. Podemos realizar esta operacion en el motor de rotor bobinado (Fig. 1).
de 230 V Y de 400 V, absorbera en la lfnea una intensidad -{3 veces menor en la tension alta. En la placa de caracterfsticas, junto al par de tensiones, tambien figuran las correspondientes intensidades (ejemplo de la Fig. 3).
3 x 400 V
3 x 230 V
30 A
52 A WI
UI
VI
WI
W2
U2
V2
J.. ()
LI
L2
U
v
Por razones evidentes, esas intensidades no pueden medirse en un motor de jaula. En ambos tipos de motores podemos medir el valor de las corrientes estatoricas, intercalando un amperfmetro en serie con un devanado cualquiera (Fig. 2).
L2
L3
LI
L2
6-
U2
V2
W
Fig. 1 - Medici6n de la intensidad rot6rica.
LI
()
L3
W2 I,
it
Fig. 3 - Intensidad de linea de un motor trifasico de 15kW, 230/400 V,en sus dos tipos de conexi6n.
La intensidad de la lfnea de un motor, en cualquiera de las dos disposiciones, tiene una variacion con la velocidad, similar a la de la Fig. 4. En la grafica, sobrepo-nemos la curva del par motor con la de velocidad, para observar mejor la variacion conjunta.
L3 I, M
Fig. 2 - Medici6n de la intensidad de corriente estat6rica. 11
En la totalidad de los casos, se mide la intensidad en la Ifnea de lIegada al motor. El mismo motor conectado a dos tensiones diferentes, por ejemplo, 20
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
Fig. 4 - Variaci6n conjunta par/intensidad con la velocidad.
UNlOAD DIDAcTICA
En el preciso momento del arranque, el valor de la intensidad absorbida 0 intensidad de arranque, la' puede ser de 5 a 8 veces el de la nominal (punto 1').
2: Caracteristicas
electricas
del motor trifasico.
La grafica de la Fig. 6 corresponde a un motor de 15 kW a 400 V. Sus datos nominales son: P
Tras el perfodo de aceleraci6n, la intensidad se estabiliza en el punto 2', en el que los pares motor y resistente se igualan. Si esta intensidad es la nominal In para la que esta previsto el motor, la velocidad aJcanzada es la velocidad nominal real, ligeramente inferior a la de sincronismo n s .
Il
=
l5000W
M =99N·m Il
=
nn
1455 r.p.m.
nil
In = 28,6 A
Es interesante ver con mas detaJle los extremos finales de ambas curvas, en los que tendra lugar el funcionamiento del motor a diversas cargas. Los representamos con menor inclinaci6n que la real, para distinguir mejor los diversos puntos (Fig. 5). Mm (N· m)
M
I,
300
M
Mm".
I, = 140 A
=
260 N·m
150
120 200 90
100
",
11
M
_._.-.-._.-._.-.-._._~_._._.-
= 99 N·m
11
ns
o
300
600
900
1200
2
Lf
11
11
L2
u
L3
V
W
--(--11 Fig.s - Par e intensidad
nominales
y en vacfo.
El punto 3 de la curva par/velocidad y el 3' de la curva intensidad/velocidad, corresponden al funcionamiento del motor en vacio. Podemos visualizar esta situaci6n imaginando al motor solo, encima de una mesa y conectado a la red. El pequefio par Mo vence las resistencias propias del motor (rozamientos y fricci6n con el aire del rotor y el ventilador). La intensidad de vacfo 1 que crea este par no es despreciable, ya que puede suponer un 20 6 30 % de la nominal. 0
Fig.6 - Grafica par/intensidad-velocidad, de un motor trifasico de 15kW a 400 V.
Recogemos en la Fig. 7 los valores orientativos de las intensidades nominales de motores trifasicos tetrapolares de pequefia potencia. AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
21
UNlOAD DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del motor trifasico.
,,
11
-------------------------------------------------------
kW
230V 400V
kW
230V 400V
0,37
1,8
1,04
7,5
27
15,6
0,55
2,75
1,58
10
35
20
0,75
3,5
2
11
39
22,5
1,1
4,4
2,5
15
52
30
1,5
6
3,5
22
75
43
2,2
8,7
5
30
103
60
3
11,5
6,6
37
126
73
4
14,5
8,4
45
147
85
5,5
20
11,5
Fig.7 - Potencias e intensidades nominales motores de 1500 r.p.m.
2. Potencia trifasico.
'"
I" (A)
I" (A)
y rendimiento
Fig. 8 - Intensidad y velocidad de un motor trifasico en funci6n de la potencia util. Cuando el motor aporta una potencia util de valor Pe' 10 hace girando a una velocidad ne y absorbiendo una intensidad Ie .
de
del motor
Observando las graficas de la Fig. 5, advertimos que los dos puntos entre los que trabaja el motor en condiciones normales son el 2 y el 3. Es evidente que no existe funcionamiento por debajo de los puntos 3-3' y que todo funcionamiento por encima de los puntos 2 y 2' representa una condici6n de sobrecarga. i,Que potencia util proporciona el motor en vacfo? Esta claro que una potencia nula. i,Que potencia util proporciona el motor cuando consume la intensidad nominal? Esta c1aro que su potencia nominal. Podemos alterar la posici6n de los ejes de la grafica para mejorar su representatividad: en abscisas, la potencia util, yen ordenadas, la intensidad y velocidad (Fig. 8). 22
"0
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
La siguiente pregunta aparece de un modo obligado: ;,que potencia absorbe de la red un motor trUasico que proporciona una potencia uti! determinada? La respuesta es evidente: una potencia de mayor valor. Ello se de be a que obtenemos de la red la potencia util y , ademas, la que representa las perdidas diversas. Definimos, entonces, el rendimiento de un motor como el cociente entre la potencia util que proporciona y la potencia que absorbe de la red. P Rendimiento = --'-'Pab Por ejemplo: si un motor aporta una potencia util de 10 kw con un rendi miento de valor 0,82, absorbe de la red una potencia de valor: P
P
=--'-'-= ab
Rend.
10 0,82
=12,19kW
El rendimiento de un motor se refiere siempre a sus condiciones nominales, es decir, cuando proporciona su potencia nominal. Ese valor, sin embargo, disminuye cuando trabaja a potencias inferiores.
UNIDAD
La gnifica de variacion rendimiento/potencia util tiene una forma similar a la de la Fig. 9, a la que sobreponemos la de intensidad.
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del
motor
trifasico.
3 x 400 V LI
L2 L3
12 A
P = f3 ·400· 12·0,84 P=6975 W cos cp = 0,84
Rend.
Fig. 10 - Potencia absorbida por un motor trifasico. 0.9
--- .... ------
Rn Re 0.7
0.5
0.3
El factor de potencia de un motor trifasico tambien varfa con la potencia util, segun una grafica similar a la representada en la Fig. 11, a la que tambien sobreponemos la de intensidad. Destacamos los valores de intensidad, potencia y potencia util en
factor de
• vacfo. 0,1
• a una carga cualquiera
Pc'
• a la carga nominal Pn•
o Fig. 9 - Intensidad
y rendimiento tri fasico.
de un motor L1L2L3 Ilcos
De la curva deducimos: • que el rendimiento es nulo cuando el motor gira en vacfo (Pu = 0).
cos cp
• que el rendimiento es bajo cuando el motor trabaja a potencias pequenas. Cuando el motor proporciona la potencia nominal el rendimineto es el nominal Rn y cuando proporciona una potencia Pc' el rendimiento es Rc'
Pn,
Citamos, por ultimo, e1factor de potencia (cos
{3 . U
. I . cos
como en el ejemplo de la Fig. 10.
le 10
o Fig. 11 - Intensidad
y factor
de potencia motor trifasico.
de un
Esta ultima grafica nos permite obtener el rendimiento del motor en cualquier punto de funcionamieto 0,10 que es 10 mismo, a cualquier carga. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
23
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del motor
trifasico.
cos qJ
Rend.
11
(rpm)
1480
0,90
1470 0,80 1460 0,70
1450
0,9
1440 0.8
0.60
1430
I (A)
0.7 0,50 0,6 1I
0,40
10
0,5
9 0,4
0,30
8 7
0.3
6
0,2
4
0,20
5
3
0.10 0.1
2
0 2,75
1,37
4,12
5,5
Fig. 12 - Grafica conjunta de las caracterlsticas
Efectivamente. En un regimen la potencia absorbida es:
P ab = {3. U . I . y el rendimiento
COS
cualquiera
de un motor trifasico.
de carga
Ejemplo
er
(W)
2.
Los datos nominales
es:
Rend
= __
P u_
Pab Ejemplo
U
= 400
In
=
Solucion.
Hallar
su factor
= 0,88
es:
=
P P ab
= {3. U
Pab
=
. I . cos
en ~
= {3. 400
. 25 . 0 , 8]
de potencia
nominal.
Solucion. La potencia
absorbida
V
43 A
(Rend')n
Un motor trifasico conectado a 400V consume 25 A con un factor de potencia de 0,81. Proporciona una potencia util de 13 kW. Hallar su rendimiento.
ab
P ab
absorbida P u
Rend.
= {3. U
es: 10 --= 0,82
. I . cos
12,19kW en 't'
14.013 W 25000
13.000 Rend = --14.013
24
de un motor trifasico
(PJn =-22 kW
1.
La potencia
Pu (kW)
AUTOMATISMOS
= 0,93
Y CUADROS
cos
ELECTRICOS
= {3. 400
er = 0,84
. 43 . cos
er
son:
UNIDAD
Podemos servirnos de una grafica conjunta mas en la que, para cad a valor de la potencia util estan representados el rendimiento, el factor de potencia, la intensidad y la velocidad. La Fig. 12 corresponde a un motor trifasico tetrapolar, cuyos datos nominales son:
DIDAcTICA
2: Caracterfsticas
electricas
u
LI
1=
L2
motor
trifasico.
P
_
--.J3 . U·
L3
del
cos
U = 400 V
Pn = 5,5 kW
P
Q = p. tg
1n = L I A P(W) cos
cos
S = ,j p2 + Q2 =
P cos
(Rend')n = 0,83 nn = 1.430 Lp.m.
Fig. 13 -
La potencia nominal absorbida es de Pab
= {3 ·400·
J I ·0,87
= 6.622
5.500 6.622
= 0,83
Podemos obtener el par nominal con la expresi6n: P M =
0,104 . n
5.500 =-----=
0,104 ·1.430
de potencia
de un motor
trifasico.
Las unidades de estas dos nuevas potencias son
y el rendimiento nominal: (Rend.) n =
Factor
Q - voltamperios
reactivos (VAr).
S - voltamperios
(VA).
Por medio de una calculadora, obtenemos fcicilmente el valor de tg
37 N·m Disponemos
Para cualquier otro valor de la potencia util, pueden obtenerse de las graficas los restantes datos correspondientes.
3. Correccion del factor de potencia de un motor trifasico. Para cualquier regimen de carga, la intensidad de consumo de un motor trifasico tiene la conocida expresi6n:
de un motor cuyos datos son: U
= 400
Pn
=
V
8 kW
cos
0,88
- 9.091 W
P 1=-----f3. U . cos
Esta expresi6n es valida para cualquier receptor trifasico. Si dibujamos un triangulo rectangulo, uno de cuyos lados tiene la longitud P, y llevamos el angulo
tg
S =---= cos
8.000 -----
9.524 VA
0,84
9.091 1-
{3. 400 . 0,84 AUTOMATISMOS
= 15 64 A
'
Y CUADROS
ELECTRICOS
25
UNlOAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
eleclricas
del motor
lrifasico.
De la expresi6n de la intensidad, resulta que cuanto mas pequeno es el factor de potencia, mayor es el valor de esta, para una determinada potencia suministrada. Esto equivale a decir que un motor con elevada potencia reactiva, consume una elevada intensidad. Esto representa un inconveniente, ya que la lInea de suministro al motor resulta sobrecargada.
Ejemplo. Hallar la potencia reactiva de una agrupaci6n en triangulo de condensadores, de 60 IlF de capacidad, conectados a una red de 400 V, 50 Hz.
Solucion. U = 400 V
En este sentido, el motor ideal es aquel cuyo factor de potencia es la unidad, 10 que equivale a una potencia reactiva nula. (,Es posible motor trifasico
aumentar el factor hasta el valor cos
de potencia cp = I.
f
C = 60 . 10
de un
Qc
La respuesta es negativa, ya que el motor es un receptor con su propia naturaleza y, consecuentemente, con su propio factor de potencia.
Puede, sin embargo, colocarse, en paralelo al motor, un receptor trifasico cuya potencia reactiva sea negativa, y disminuya la de aquel. En estas condiciones, la potencia junto es la diferencia entre ambas.
reactiva
= 50Hz
del con-
Una agrupaci6n trifasica de condensadores nos proporciona dicha potencia reactiva negativa. La Fig. 14 nos ofrece su valor para las dos agrupaciones indicadas.
Qc
-6
F
= 61t . f· c· l.J2 = 6 . 3,14 . 50 . 60
. 10-6• 4002
Qc= 9043 VAr Si a un motor de potencia P y factor de potencia cos cp, le colocamos en paralelo dicha agrupaci6n de condensadores, el nuevo angulo cp del conjunto responde a la expresi6n:
P . tg cp - Qc tg cp' = ----P de donde
obtenemos
el nuevo cos
cp del conjunto.
Si escogemos adecuadamente el valor de QC' seran notables el aumento del factor de potencia y la disminuci6n de la intensidad. En el triangulo de potencias, la Qc es opuesta a la Q del motor, como vemos en la (Fig. 15).
u (V)
u l' r--
----
c Qc
=
6
1t
Fig. 14 -
f
[f2
Q c =2-f31tfl.J2C
C
Potencias reactivas de agrupaciones condensadores en triangulo y en estrella.
de
La agrupaci6n en triangulo es la mas habitual y la que utilizaremos en 10 sucesivo. En las expresiones de la figura anterior, la capacidad de los condensadores viene expresada en Faradios (F) que es una unidad muy grande para los usos normales. Por esta raz6n, enplearemos su millonesima parte, 6 microfaradio (IlF).
26
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
I'
Fig. 15 -
Mejora
P
-f3 .
U . cos cp'
del factor de potencia un motor trifasico.
de
UNlOAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del motor
trifasico.
Ejemplo.
Ejemplo.
Un motor trifasico absorbe 12000 W con un factor de potencia de 0,66, conectado a una red de 690 V, 50Hz. Hallar su intensidad de consumo antes y despues de acoplarle en paralelo tres condensadores de IOIlF en triangulo.
Mejorar todo 10 posible el factor de potencia de un motor cuyos datos son los siguientes:
u=
P = 15kW
Solucion. cos
cos
tg
c:>
400 V
Rend. = 0,89 Qc
= 6n . f
. C . U2 Solucion.
Q = 6 . 3 14 . 50 . 10 . 10-6. 6902 C
'
Estamos en el ultimo caso citado, en el que mejoraremos el factor de potencia hasta el valor cos
Qc = 4.484 VAr
cos
p. tg
p
c:>
15.000 0,89
p-_.---=
tg
16.854 W
12.000 . 1,13 - 4.484 tg
= 0,75
12.000
=P
. tg
Qc C=----= 6n . f· U2
cos
Qc
-
.y3 . 690 . 0,66 12.000
f3. 690·0,79
12 72 A '
El planteamiento normal es el inverso, es decir, calcular la capacidad de los con dens adores a colocar, para obtener un determinado factor de potencia conjunto. En este caso, la potencia condensadores a colocar es:
reacti va de los
Qc = P ( tg
c= En la mejora optima, serfa cos
10.449 VAr
10.449 6 . 3, I4 . 50 . 4002
C=69,3 .1O-6F
-15,23A
C I' =-----=
=
= 69,31lF
(en triangulo)
Un primer incoveniente de este modo de proceder resulta de la siguiente circunstancia que ya conocemos: el factor de potencia de un motor trifasico se refiere a su plena carga, pero disminuye a cargas inferiores. De ello, se deriva que a cargas inferiores, el factor de potencia rebasa el valor de la unidad, y la intensidad vuelve a subir. En otras palabras, la potencia reactiva de un motor trifasico disminuye a medida que 10 hace la potencia util que entrega. La Fig. 16 nos muestra los valores orientativos de las potencias reactivas en vaclo y en carga de diversos motores trifasicos. Dado que un motor puede trabajar en regfmenes de carga variables, entre en vaclo y a plena carga, 10 prudente es que la potencia de los condensadores a colocar no supere la potencia reactiva del motor en vaclo. De este modo, el factor de potencia mejorado no sera igual a la unidad, sino ligeramente inferior. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
27
UNlOAD
oloAcTICA
Pn (kW)
Qo Q(kVA) r
Q n
2: Caracteristicas
electricas
del
motor
trifasico.
1,1
1,5
1,8
2,2
3
4
5,5
7,5
9
11
15
18,5
22
30
0,7
0,9
1,0
1,2
1,6
2
2,4
3,6
4,4
5,2
7
9
11
15
1,1
1,35
1,45
1,6
2,1
2,8
3,6
5,2
6,5
7,8
10,4
13
14,7
21,8
P (kW) cos lpn
Fig. 16 - Potencias reactivas en vacfo
y
a plena carga, de motores trifasicos de jaula,
1.500
r.p.m.
En la pr<:ictica se escoge el valor cos
p =
Ejemplo.
11
Mejorar el factor de potencia del motor trifasico cuyos datos son:
9.000 0,85
q
=
to
=
0 ' 67
10.588 W
10.588 . 0,67 - 3.960 tg
0,29
U = 400 V
cos
P = 9 kW 11
cos
Cuando un motor se desconecta de la red, tambien han de desconectarse los condendadores. El moti vo es doble:
(Rend')11 = 0,85 Solucion. De la figura anterior
obtenemos
el valor:
Qo = 4,4 kVAr Qc
=
0,9 . Qo
=
0,9 . 4400
3960 VAr 3.960
c= c = 26,2
=
=
6.3,14.50.4002
. 10-6 F
C = 26,2!-LF (en triangulo) El nuevo factor de potencia a plena carga es: PI1 . tg
28
AUTOMATISMOS
P
• Si siguen conectados en paralelo al motor y este sigue girando por inercia, pasa a funcionar transitoriamente como altenador y pueden aparecer en sus devanados tensiones peligrosas. La Fig. 17 recoge ambas situaciones. Hay que anadir, ademas, el hecho de quedar cargados los condensadores tras su desconexi6n. En estas condiciones pueden permanecer cierto tiempo, causando accidentes por contacto electrico. El dispositivo habitual de descarga colocarles resistencias en paralelo.
consiste
en
El consumo de estas bajo tensi6n es pequeno y los condensadores se descargan rapidamente a su traves
11
Y CUAOROS
• Si quedan conectados a la red, siguen aportando a la instalaci6n potencia reactiva capacitiva ("negativa") que puede no ser necesaria.
ELECTRICOS
UNlOAD
LI
~~=h
L2
2: Caracteristicas
electricas
del molar
trifasico.
LI -_--------------
U--t-i---
U
DIDAcTICA
U--+-..-----------4--+--L3 --+-+-_---------4--+---
KM
c
Fig. 17 - Conexiones incorrectas de condensadores para un motor trifasico.
cuando se desconectan de la red. En la disposici6n de la Fig. 18, los contactos KM y K I se abren y cierran simultaneamente. Los fabricantes de condensadores para equipos correctores del factor de potencia de equipos trifasicos los proporcionan en bloques compactos. En ellos se encuentra el triangul0 de condensadores y las correspondientes resistencias de descarga. Su dato caracterfstico es la potencia reactiva (KVAr) y ya no es necesario el calculo de la capacidad de 10s condensadores internos.
R
Fig. 18 - Disposici6n de los condensadores las resistencias
y de
de descarga.
Tenemos, en la Fig. 19, sus potencias en bloques de tamano pequeno, junto a su intesidad nominal, secci6n de conductores y calibre de los fusibles aconsejables. Estos ultimos son de tipo rapido (gI), como veremos mas adelante.
6
10
15
20
25
30
40
50
60
80
100
In (A)
7,2
11,4
22
29
36
45
58
73
87
115
144
S (mm2)
],5
2,5
6
6
10
]6
25
35
50
70
95
F (gI . A)
1,6
25
50
50
63
80
100
125
]60
200
250
Qc(KVAr)
o
o
Fig. 19 - Bloques trifasicos de condensadores
•
X!?
I (A)
F (A)
para corregir el factor de potencia. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
29
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracterfsticas
electricas
del
motor
trifasico.
4. Motores trifasicos de dos velocidades.
Si se instalan en las ranuras estatoricas dos devanados independientes y de diferente numero de pares de polos, obtendremos dos velocidades diferentes segun que conectemos a la red las terminales de uno 0 de otro.
Ya hemos mencionado que la velocidad de sincronismo de un motor trifasico responde a la expresion:
f
60· ns =
Lp.m.
p
En este motor de devanados separados, la conexion de ambos suele ser en estrella. Ambos puntos de estrella se realzan en el interior, conectandose los otros tres extremos a la caja de bornas (Fig. 21).
siendo f la frecuencia de la tension de alimentacion y p el numero de pares de polos de los devanados estatoricos. Por ello, las velocidades de sincronismo para las dos frecuencias usuales (50 y 60 Hz) resultan las siguientes (Fig. 20):
Ll U2
V2
L2
L3
W2 U2
V2
W2
Ul
VI
Wl
U,J
-
(-ns Ul
ns(r.p.m)
VI
L1
L2
VELOClDAD
p
1
50 Hz
60 Hz
3.000
3.600
2
1.500
1.800
3
1.000
1.200
4
750
900
5
600
720
6
500
600
Fig. 20 -
Velocidades de sincronismo motores trifasicos.
Wl
Fig. 21 -
L3 ALTA
Motor
VELOCIDAD
de 2 velocidades
BAJA
y devanados
separados.
Consignamos en la Fig. 22 los datos orientati vos de una serie de estos motores. La conexion a la red de este tipo de motores se realiza por medio de dos contactos tripolares independientes, Kl y K2, que nunca deben estar cerrados simuitaneamente. de los
400 V
1
1
1 1 I
?if'
~I
Pn (kW)
0,3/0,4
0,45/0,6
0,75/1
1/1,3
1,6/2,2
3,3/4,5
6,6/9
14/19
22/30
In (A)
1,3/1,7
1,6/1,9
2,1/2,6
2,6/3
4,6/5,4
9/10,5
L7/23
35/45
52/65
700/920
720/920
710/930
720/940
720/940
725/960
725/965
730/970
735/975
nn(r.p.m)
Fig. 22 30
AUTOMATISMOS
Datos
Y CUADROS
caracteristicos
ELECTRICOS
de motores
trifasicos
de devanados
separados.
UNIDAD
DIDAcTICA
LI
+f1 KI
I
I
-----
-----
L2
VI
UI
electricas
del motor
trifasico.
L3
VI
UI
WI
WI
~
I
K2
WI
U2
VI
V2
UI
W2
I
I
-----
-----
I
U2
Fig. 24 Conexi6n
V2
W2
U2
LI
VELOClDAD
Fig. 23 -
2: Caracteristicas
de un motor trifasico independientes.
VELOClDAD
BAJA
Motor Dahlander
de 2 velocidades,
V2
L2
W2
L3
ALTA
tipo A / AA.
de devanados
• la velocidad alta, alimentando el motor de la red por las bornas 2 y cortocircuitando las 1.
Una variante del motor de dos velocidades es el de tipo Dahlander 0 de polos conmutables. En este motor, el devando trifasico del estator es unico, pero tiene unos puntos intermedios de cuya conexi6n resulta la mitad del numero de polos. Obtenemos las dos velocidades con las conexiones de la (Fig. 24).
El motor Dahlander indicado, responde a la Ilamada conexi6n estrella-doble estrella (A / AA), aunque existen otras. En todas ellas, la velocidad alta es el doble de la baja. Tenemos, en la Fig. 25, sus caracterfsticas para diversos tamanos.
Segun la figura, obtenemos: • la velocidad baja, alimentando el motor de la red por las born as I.
400 V
Pn (kW) In (A) nn(r.p.m)
0,18/0,38
0,44/1 ,7
0,8/3,2
2,2/8,8
3,7/15
4,5/18
7,4/30
11/44
1,1/2,4
2/4
4,5/8
11/21
12/31
13,5/39
22/59
30/84
700/1400
705/1410
710/1415
720/1430
720/1440
720/1440
725/1450
730/1460
Fig. 25 -
Datos
caracteristicos
de motores
Dahlander.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
31
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del
motor
trifasico.
La obtencion de las conexiones para ambas velocidades la obtenemos segun la Fig. 26. El cierre de los contactos Kl y K3 nos proporciona la alta. El cierre de los K2 , la baja.
3 x 127/220 Y 3 x 220/380 Y 50Hz 3 x 230/400 V 3 x 400/690 V
~i=R
3 x 1201208 V
r
Kl
I I
60Hz
~
3 x 265/460 V
I
I
I
I
K2
K3
rTl Las dos ultimas corresponden a los Estados Unidos y a los paises de su influencia tecnologica. Los demas, a Europa y resto del mundo.
UI
La actual normativa comunitaria fija coma preferente el valor 3 x 230/400 V.
VI WI
Kl+K3
q
Fig. 26 -
K2
ALTA
Conexi6n
q
de un motor
BAJA
Dahlander.
Los valores de las potencias de los motores trifasicos estan normalizados segun la Norma UNE-20-106-74, que esta en concordancia con la Norma Internacional C.E.I.-n-l. Los indicamos en la (Fig. 27).
5. Datos de catalogo de los motores trifasicos. Los datos nominales que aportan los fabricantes de motores trifasicos son los siguientes:
0,06
2,2
?D
185
400
710
Tension y frecuencia
0,09
3
37
200
425
751
Potencia
0,12
3,7
45
220
450
800
Yelocidad
0,18
4
55
250
475
850
0,25
5,5
75
280
500
900
0,37
7,5
91
300
530
950
0,55
11
110
315
560
1000
0,75
15
132
335
600
1,1
18,5
150
355
630
1,5
12
160
375
670
Intensidad Factor de potencia Rendimiento Pueden, ademas, figurar las relaciones Intensidad
de arranque
Par de arranque Par nominal
---
-
Intensidad nominal
Ia I n
Ma ----
M.max.
Par nominal
Mn
Y CUADROS
Potencias
normalizadas trifasicos.
de motores
n
Par maximo
AUTOMATISMOS
Fig. 27 -
- M
La tension nominal de las redes de baja tension tiene los valores usuales indicados en la tabla siguiente. El par de valores corresponde a la tension entre fases (la nominal de la red) y la tension simple (entre fases y neutro). 32
Potencias (kW)
ELECTRICOS
Como ejemplo ilustrativo, adjuntamos en la Fig. 28 los datos de una determinada serie de motores trifasicos de jaula. Su tension nominal es de 3 x 230/400 Y Y su velocidad de sincronismo es de 1500 r.p.m. De la tabla anterior, podemos deducir datos interesantes, coma el par nominal, el par de arranque, o la intensidad nominal a 230 Y.
UNlOAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
del motor
P
nn
(kW)
(r.p.m)
a 400v
0,55
1.390
1,65
0,75
0,66
3,7
1,9
2,2
0,75
1.400
2
0,74
0,68
4,5
2,1
2,5
0,9
1.425
2,3
0,73
0,69
5,7
2,6
2,9
1,1
1.415
2,7
0,79
0,75
5,2
2,1
2,6
1,5
1.420
3,5
0,79
0,78
5,9
2,8
3
1,8
1.410
4,1
0,82
0,79
5,7
2,5
2,6
2,2
1.430
5,1
0,81
0,75
5,3
1,9
2,4
3
1.420
7,2
0,78
0,77
5,1
2,3
2,5
4
1.425
9,1
0,79
0,80
5,7
2,4
2,6
5,5
1.430
11,9
0,82
0,82
6,3
2,4
2,5
7,5
1.450
15,2
0,84
0,84
7,7
2,7
3,1
9
1.450
18,4
0,83
0,85
7,8
3
3,4
11
1.450
21,3
0,85
0,88
5,6
2,1
2,5
15
1.455
28,6
0,85
0,89
6,5
2,7
2,8
18,5
1.455
35,1
0,85
0,89
6,7
2,8
2,9
22
1.460
41,7
0,85
0,90
6,3
2,6
2,7
30
1.460
55
0,87
0,91
6,6
2,7
2,6
Fig. 28 -
In(A)
Caracterfsticas
cos
de motores
1/1 a
Rendimiento
trifasicos
tetrapolares.
n
Tension
M/M a
n
3 . 230/400
M,max. /M
trifasico.
n
V.
Ejemplo. El motor de 11 kW de la serie anterior, tiene un par nominal de valor:
=
M n
P n __
0,104· nn
=
11.000
-------73 0,104·1.450
N·m
y un par de arranque de valor: Mmax.=
2,1 . Mn = 2,1 ·73 = 153 N . m
Tambien, deducimos de la tabla que el rendimiento, el factor de potencia y la relaci6n 1/ In aumentan con la potencia. Asimismo, y para una misma ve10cidad de sincronismo (1500 r.p.m.), la velocidad nominal crece con la potencia. En general, la "calidad electrica" aumenta con su potencia.
de 10s motores
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
33
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracterfsticas
electricas
del motor
trifasico.
ACTIVIDADES
1. Medir las intensidades diversos motores.
de consumo
en vacio, de
Si la medicion se realiza en un motor de rotor bobinado, medir tambien la correspondiente intensidad rotorica. 2. Examinar las placas de caracterfsticas de motores trifasicos de diversos tamanos. Anotar todos los datos.
cargas. La maquina arrastrada puede ser una dinamo-freno, una dinamo normal alimentando lamparas, u otra maquina cualquiera de carga regulable. 5. Realizar la correccion del factor de potencia de un motor trifasico, cuando arrastra una carga fija, por ejemplo una dinamo cargada. Calcular los condensadores a colocar. Realizar la medic ion de la intensidad sin y con condensadores.
Deducir el par nominal en cada caso. 3. De los datos de las placas de caracterlsticas de diversos motores (potencia, intensidad y factor de potencia nominales), obtener sus correspondientes rendimientos nominales. 4. Utilizando un amperfmetro y un vatfmetro trifasico, obtener el factor de potencia de un motor a divers as
Anotar debidamente
los resultados.
3. Realizar mediciones de intensidad y de velocidad -en vacfo y en carga- de un motor de bobinados independientes. Se hara el ensayo en cada velocidad. Realizar la misma prueba con un motor Dahlander.
EJERCICIOS
1. Un motor trifasico de jaula tiene los datos nominales siguientes:
Hallar su par motriz, velocidad e intensidad nominales, a tension de red de 400 V. 3. Los datos de un motor trifasico con rotor de jaula son: Bipolar, 11 kW
1 L kW
230/400 V 1460 rpm a 50 Hz
400/690 V, 60 Hz
37,36 A 121,6 A
(5,\ = 5,2 %
cos
Rendimiento
Hallar su rendimiento, su par motriz y su deslizamiento reLativo nominales.
= 78
Factor de potencia
%
= 0,88
M max. IMn = 2,4 2. Un motor trifasico de jaula tiene los datos nominales siguientes: Hexapolar, 22 kW
3. Un motor trifasico con rotor de jaula tiene los siguientes datos:
230/400 V cos
34
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
Hallar su velocidad, intensidad y par maximo a tension de red de 690 V.
= 4,4
ELECTRICOS
Bipolar, 30 kW %
230/400 V, 50 Hz
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracteristicas
electricas
95 AI 55 A
109/63 A
Sf = 4,3 %
cos
La grafica de la Fig. 29 representa la variaci6n de su intensidad (a 400 V) Y de su rendimiento a di versos grados de carga.
del motor
trifasico
n = 1450 rpm y sus caracterfsticas Fig. 30.
responden
a la grafica de la
Hallar el par nominal, el rendimiento y la potencia reactiva a plena carga y a media carga.
Rendimiento Rcndi miento 0,90 0,89 0,88 0,87
55
% cos 'Po
% I
0,86 0,85 50
0,84
45
100
100 105
0,83
90
90
0,82
80
80
0,81
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20 :
104 103 102
0,80 40
101
0,78
35
lOO 99
15
20
25
P " (kW)
30
0
Fig. 29 -
Variaci6n
de intensidad/rendimiento funci6n de la carga.
En este tipo de motor, el par motriz es proporcional a la intensidad rot6rica. El valor de esta en el instante del arranque es de 220 A. intensidad
Indicar en una tabla los valores de par e intensidad correspondientes alas velocidades de 300, 600, 900, 1200 Y 1455 rpm. 6. Disponemos de un motor trifasico de jaula, cuyos datos nominales son: 37 kW 230/400 V
40
60
80
lOO
120
140
%(1',),
en
5. Un motor de rotor bobinado de 15 kW, 400 V, tiene la gnifica par/intensidad/velocidad similar a la de la Fig. 6.
Realizar una gnifica de la variaci6n rot6rica/velocidad.
20
Fig. 30 -
Caracterfsticas
de un motor de jaula.
trifasico
7. Un motor trifasico con rotor de jaula tiene los siguientes datos nominales: 45 kW. Tetrapolar 400/690 V
Rendimiento = 0,94 cos
= 4,5
responden
%
a la grafica de la
Hallar su intensidad y par nominales, as! como su potencia reactiva en vac1o.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
35
UNIDAD
DIDAcTICA
2: Caracterfsticas
ell~ctricas
del motor
trifasico.
8. Un motor trifasico con rotor de jaula, tiene los siguientes datos nominales: L1 kW. Tetrapolar 230/400 V cos
Realizar un esquema simple de la instalaci6n.
= 0,88
Su potencia reactiva en vacfo es del 65 % de la correspondiente a pLena carga. Hallar las intensidades de consumo antes y despues de realizar la adecuada correcci6n del factor de potencia, con red a 400 V, 50 Hz. Calcular la capacidad co Local' (en triangulo).
de los con dens adores
12. Tenemos un motor trifasico de dos velocidades, cuyos datos son (a 400 V):
nn (rpm)
730
970
Pn (kW)
14
22
Rendimiento
0,81
0,83
cos
0,89
0,91
a
9. Un motor trifasico de jaula de 9 kW, 230/400 V, 50 Hz y rendimiento nominal de 0,87, tiene las potencias reactivas correspondientes a la Fig. 16. Hallar las intensidades nominales antes y despues de la adecuada correcci6n del factor de potencia. Hallar la capacidad de los condensadores car, en conexi6n estrella.
Se colocaran dos grupos de condensadores, uno fijo, que se conectara cuando este el motor en marcha y otros que se conectaran automaticamente mientras el nuevo factor de potencia sea menor que la unidad. Tensi6n de red: 400 V.
a colo-
10. Sea un motor trifasico de jaula de 15 kW, 230/400 V, 50 Hz y rendimiento nominal de 0,88 y potencia reactiva nominal de 10,5 kVAr. Hallar la cap acid ad de los condensadores a colocar, para reducir en un 10% la intensidad de consumo, en red a 400 V. Conexi6n de condensadores en triangulo. 11. Un motor trifasico de jaula, tiene los siguientes datos nominales: ISO kW. Tetrapolar
La potencia reactiva en vacfo, en ambas velocidades, es del 54 % de la reactiva a plena carga. Un sistema automatico de correcci6n del factor de potencia actua sobre bloques de condensadores trifasicos de 4 kVAr, que sirven para ambas velocidades. Hallar el numero adecuado de estos bloques, as] como las intensidades nominales sin y con condensadores. 13. Un motor trifasico tipo Dahlander siguientes datos a 400 V:
nn (rpm)
1450
2900
Pn (kW)
3
15
In (A)
7
29
cos
0,85
0,93
tiene
los
400/690 V. 50 Hz Rendimiento = 0,95 cos
36
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Hallar el rendimiento velocidad.
y el par nominales en cad a
Va a corregirse adecuadamente el factor de potencia en alta velocidad. Si, en esta, la potencia reactiva en vacfo es el 63 % de la correspondiente a plena carga, hallar el porcentaje de disminuaci6n de la intensidad nominal.
UNIDAD DIDACTIC
3
Arranque de motores trifasicos, Sumario 1. Proceso
del arranque
2. El arranque
directo.
3. El arranque
estrella-triangulo.
4. El arranque
por autotransformador.
5. El arranque
por resistencias
estatoricas.
6. El arranque
por resistencias
rotoricas.
7. Arrancadores 8. Resumen Ejercicios
Al termino
de un motor trifasico.
estaticos.
de los sistemas
de arranque.
y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces de:
• Asimilar adecuadamente el proceso de arranque de un motor. • Cuantificar la limitacion de las intensidades de arranque. • Escoger el tiempo adecuado de arranque de un motor, estimando
sus limitaciones.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
37
UNIDAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
1. Proceso del arranque trifasico.
trifasicos.
de un motor M, ,
El arranque de un motor tri fasico, 0 eIectrico en general, se define como el proceso transitorio que media entre su conexi6n a la red ("puesta en tensi6n") y el instante en el que alcanza su velocidad de regimen. Ya conocemos la variaci6n del par motor con la velocidad, en un motor trifasico. A la diferencia entre el par motor y el par resistente (M n -M)r en cualquier instante de la aceleraci6n se le llama "par motriz". De este par motriz y de la inercia del conjunto motormaquina depende el tiempo que durara el arranque (Fig. I).
,
, ,
M Ma
/"
"
Ill",."
" \
Mn
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Mr
______
- -
---
-
0 ,.,-
t
'n -------------------------
-
:\ \
\ \
\ \ \ \ \ \
11
"n
Fig. 2 -
Variaci6n de la intensidad durante la aceleraci6n de un motor trifasico.
Las condiciones en un motor:
M
ideales de arranque tienen Iugar
• de elevado par de arranque, que lIeva rapidamente a la maquina arrastrada a la velocidad de regimen. • de moderada intensidad de arranque, que no produzca perturbaciones en los receptores que se alimentan de la misma red.
M3
Mf
Mz
Es evidente que el motor trifasico no reune estas dos cualidades: su par de arranque es moderado y su correspondiente intensidad es elevada. n
0
2
"
Fig.
"3
1 - Pares
liS
"4
matrices
durante
/1n
la aceleraci6n.
La intensidad absorbida por el motor va descendiendo des de el valor de la punta de arranque '", hasta el valor de regimen. El descenso es suave al principio y mas acusado despues. El valor de la corriente de arranque '" es relativamente elevado respecto a la intensidad nominal In' como vimos en la unidad didactica anterior (Fig. 2). 38
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
El problema se agrava cuando la maquina arrastrada tiene gran inercia 0 un elevado par resistente. En este caso, el tiempo de aceleraci6n y el de alta intensidad de consumo puede resultar largo. Vemos, a continuaci6n, los diversos sistemas de arranque que evitan, en su medida, los inconvenientes citados.
2. El arranque El arranque directa a la red perturbaciones 0,75 kW como la cual hay que de arranque.
directo.
de motores pequeiios por conexi6n (0 "arranque directo") no ocasiona significativas. Se fija la potencia de valor Ifmite de potencia, a partir de tener en consideraci6n la intensidad
UNIDAD
En general, y si la intensidad de arranque de un motor trifasico crea perturbaciones, hay que limitar su valor. En la Fig. 3, se indica el maximo valor admisible de la relacion para divers as gamas de potencia de motores trifasicos.
JPn
DIDAcTICA
3. El arranque
3: Arranque
de motores
trifasicos.
estrella-triangulo.
Aunque sea posible un arranque directo sin perturbaciones, hay maquinas que precisan un arranque mas suave y progresivo (montacargas, cintas transportadoras y transporte, en general). El sistema mas racional para conseguirlo consiste en alimentar el motor trifasico a tension reducida.
Pn (kW) De 0,75
lalln
a 1,5
El mas simple de ellos es el arranque estrellatriangulo, aplicable solamente a motores de jaula cuya conexion definitiva a la red es en triangulo.
4,5
De 1,5 a 5,0
3,0
De 5,0 a 15,0
2,0
Mayor
1,5
Este sistema consiste en: de
15,0
• Alimentar el motor a la red, en conexion estrella en el arranque y durante la aceleracion. Fig. 3 - Maxima valor de la relaci6n I/I en motores trifasicos. n
• Pasar dicha conexion a triangulo, velocidad se ha estabilizado.
cuando
la
De este modo, cada devanado esta sometido a una tension inicial de valorvl3 veces menor que su nominal. Segun los datos de los fabricantes de motores (ejemplo de laFig. 28. de la unidad didactica anterior), en potencias superiores a 1,5 kW ya se supera la relacion Jp" maxima permitida. En dichos casos y en el supuesto de que originen perturbaciones, habra que colocar un dispositivo limitador. En los demas casos, bastara el arranque directo. Este tipo de arranque consiste, simplemente, en co nectar los devanados estatoricos a la red, previamente dispuestos en estrella 0 en triangulo (ejemplos de la Fig. 4). Los interruptores K pueden ser manuales 0 controlados electricamente (contactores).
El motor de 133/230 V de la Fig. 5 nos ofrece un ejemplo de este arranque.
3 x 230 V
u
v
3 x 230 V
u
w
v
w
Fig. 5 - Arranque estrella-triangulo de un motor de 133/230 V
u
v
230/400
u
w
V
230/400
V
v w
400/690
Como el valor del par motor es proporcional al cuadrado de la tension aplicada a los devanados, resulta que el par de arranque es (vI3)2 = 3 veces menor que en un arranque directo. V
Fig. 4 - Arranque directo de motores trifasicos.
Este par reducido ha de ser, por 10 menos, ligeramente mayor que el correspondiente par resistente de la maquina arrastrada. De no ser as!, el conjunto no arrancara (Fig. 6). AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
39
UNlOAD DIDAcTICA
3: Arranque de motores trifasicos.
Una vez alcanzada la velocidad de estabilizaci6n 11 '" se pasa a la conexi6n triangulo. En este momento, el valor del par salta del punto I al 2, habra una nueva aceleraci6n y se alcanzara la velocidad de regimen nil.
Ia
2
I'
a
In
-------------------------------------------"--11 Jl
M' a
Fig. 7 -
M,
nn
Variaci6n intensidadlvelocidad en el arranque estrella triangulo.
11
11
Fig.
6 - Variaci6n
11n
par/velocidad en el arranque estrella-triangu 10.
Para llevar a cabo un arranque estrella-triangulo, es preciso disponer independientemente de las seis bornas del motor y conectarlas a la red segun el circuito de la (Fig. 8)
Por su parte, la intensidad de Ifnea del motor queda reducida, mientras el motor permanece en estrella, a la tercera parte de la que tendrfa en arranque directo.
Kl y K3 = A
L I L2 L3
Kl y K2 = ~
En el paso a triangulo, de I' a 2' de la Fig. 7, se produce una cierta punta de intensidad, pero es menor que la que hemos evitado 1". KI
-
-
Si el par de arranque directo tiene el valor de, por ejemplo, 2,5 M", con el arranque estrella-triangulo queda reducido a 0,85 M". Si la intensidad de arranque directo es de 6 Ill' se queda en 2 I".
K2
I
-
-
K3
w V,
u, Este tipo de arranque ha de utilizarse en maquinas con par resistente pequefio en el arranque y aceleraci6n. Este es el caso de maquinas que arrancan en vacfo, como ciertos compresores y bombas alternativas. Este arranque puede no ser adecuado en maquinas centrffugas en las que el par resistente aumenta con la velocidad. En estos casos, pueden alcanzarse los puntos 1 y I' a velocidades relativamente bajas, y el paso a triangulo produce una punta de intensidad casi igual a la de arranque directo. 40
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
Fig. 8 -
Conexi6n
de un arranque
estrella-triangulo.
El paso a triangulo debe realizarse cuando se alcanza la velocidad n'", es decir, ni antes ni despues de los puntos I y I'.
UNIDAD
El tiempo de aceleracion para alcanzar dichos puntos depende del valor de los diversos pares motrices "reducidos" y de la inercia del conjunto. No son frecuentes segundos.
tiempos
superiores
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
La Fig. 10 nos ofrece la variacion del par en este sistema de arranque. Si la relacion de tensiones U/Un tiene un valor k, el par de arranque reducido sera: M' a = k2.
a 12
M.a Vn
Vr
4. El arranque por autotransformador. Se incluye este sistema entre los de alimentacion tension reducida. Para realizarlo:
a
• se conectan a una tension inferior al nominal.
trifasica
, ,
M
• se disponen las bornas del motor en su conexion definiti va (estrella 0 triangulo).
\
" 2
de valor
Tras el arranque y la aceleracion, y alcanzada la velocidad de estabilizacion, se conecta a la tension definitiva. M' a
En la Fig. 9, un motor de 400 V de tension nominal, es alimentado a 250 V (contactos K I cerrados y K2 abiertos). Estabilizada la velocidad, se invierte la posicion de los contactos y queda conectado a 400 V.
n n
Fig. 10 3 x 250 V
KI
-- ---
3 x 400 V
3 x 250 V
jjj
jjj
K2 --- --
K I -----
Variacion
De modo analogo tiene lugar la variaci6n de la intensidad. El valor de la de arranque es l'a = k '/a (Fig. 11).
u v w
REDUCIDA
Fig. 9 -
v"
?l-C_ U)n
-0·RED
Secuencia de arranque trifasico a tension
a
3 x 400 V
K2
--0-
nn
par/velocidad en un arranque tension reducida.
v, u v w
n
de un motor reducida.
,
\ 2'
I' a
En este sistema: • la intensidad tension.
se reduce proporcionalmente
• el par se reduce proporcionalmente de la tension.
a la
al cuadrado
Si se alimenta el motor a una tension de valor, por ejemplo, 2,5 Mn, la intensidad de arranque se reduce a 0,5 In y el par de arranque a 0,25 Mn.
n
Fig. 11 -
Variacion intensidad/velocidad en un arranque a tension reducida.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
41
UNIDAD DIDAcTICA
3: Arranque de motores trifasicos.
Escogiendo adecuadamente el valor de la tension reducida Vr, podemos obtener el valor del par de arranque que proporciona la adecuada aceleracion al conjunto motor-maquina. Obtenemos la tension de valor reducido por medio de un autotransformador.
~;=ffi
3 x 400 V
Kt ---- ----
K3 ---- ----
Este dispositivo, cuyo sfmbolo y aspecto externo ofrece la Fig. 12, se alimenta a tension de red y proporciona en sus bornas de salida otra de valor inferior.
K2
u 3 x 230
v
3 x 400 V
Kl + K2 q Arranque K3
-
-
v w
Fig. 13 -
q Marcha de regimen
Conexi6n
de arranque de motor por autotransformador.
trifasico
Tambien podemos usar un transformador de ti po regulable, con el que podemos elevar, manual 0 automaticamente, su tension de salida a medida que el motor acelera Fig. 14.
)
3 x 95 V
3 x 210 V
Un Lt
L2
Lt
L3
Un L2
L3
U
o
Fig. 12 -
Autotransformadores
de una toma intermedia.
El conexionado entre el autotransformador, el motor y la red, responde al esquema de la Fig. 13. Los contactores tripolares K I Y K2 estan cerrados durante el perfodo de arranque. La apertura de estos y el cierre de K3 corresponden a la marcha definitiva del motor.
0 ... U
DE 2 TOMAS
I TERMEDIAS
Fig. 14 -
REGULABLE
Autotransformadores.
El tiempo de aceleracion depende de los mismos factores que en et arranque estrella-triangulo. Puede utilizarse mas de un autotransformador con mas de una toma intermedia, que nos proporciona dos o Illas tensiones trifasicas reducidas diferentes. De este modo, podemos obtener un arranque progresivo con Illas de una etapa interllledia. 42
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
5. El arranque por resistencias toricas. Se trata de otro sistema reducida.
de arranque
esta-
a tension
UNlOAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
Se realiza colocando una resistencia en serie con cada fase de alimentacion al motor. Al conectar el conjunto a la red, la intensidad de arranque provoca en dichas resistencias una cafda de tension, por 10 que alas bornas del motor llega una tension reducida. Estamos, pues, ante un caso similar, pero no igual al anterior Fig. 15.
--c-
--en
n
M LI
L2
LI
L3
L2
L3
I' a
3
X
R
M'
a
Mr
u
V
u
W
V
-----.--------
W
11
n'
nn
.••.•. 2'
Fig. 15 -
Arranque
par resistencias
estat6ricas.
La tension reducida V, que llega alas bornas del motor va aumentando a medida que este acelera, porque la intensidad va disminuyendo y, con ella, la cafda de tension en las resistencias.
I' a
, )'
fn
•
.J
~
-.-
Por este motivo, las graficas de par e intensidad no son iguales alas obtenidas con el sistema de autotransformador Fig. 16. Alcanzada la velocidad de estabilizacion n'n' las resistencias se elimina, pasando de los puntos 1 a los puntos 2. Las resistencias R suelen dimensionarse para obtener un par de arranque del orden de 0,75 Mn• La intensidad de arranque nos resulta muy disminuida, pudiendo alcanzar el valor de 4 In 0 mayor, pero disminuye nipidamente si hay una buena aceleracion. La eliminacion de las resistencias se realiza cortocircuitandolas, es decir, colocando en paralelo con cada una de ellas un contacto. Al cerrarse estos, queda aplicada en las bornas del motor toda la tension de red Fig. 17.
n
Fig. 16 -
Variaci6n del par y de la intensidad en el arranque par resistencias estat6ricas.
Atendiendo a la aceleracion deseada, este tipo de arranque puede realizarse en varias etapas, eliminando sucesivamente grupos de resistencias. En la Fig. 18, el cierre sucesi vo de los contactos tripolares Kl, K2 y K3 proporciona un arranque con tres etapas intermedias. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
43
UNIDAD DIDAcTICA
Ll
L2
3: Arranque de motores trifasicos.
L3
LI
L2
El hecho de que el maximo par de arranque no tenga lugar a poca velocidad, sino cuando el motor ya ha adquirido bastante velocidad, es un inconveniente. Si conseguimos que el par maximo coincida practicamente con el momento del arranque, podemos obtener una aceleraci6n buena y uniforme.
L3
3x R
3x R
K
Vemos, en la Fig. 19, la variaci6n del par y de la intensidad en uno de estos motores. Sin intercalar ninguna resistencia, ambos graficos son similares a [as de un motor de jaula.
u v w
u v w
Esto es posible en el motor de rotor bobinado, intercalando un as resistencias en serie con sus devanados rot6ricos.
M,
Fig. 17 -
Eliminaci6n
de las resistencias
estat6ricas.
I
Ia
Mm
El paso de una etapa a otra, 0 10 que es 10 mismo, el cierre progresivo de los contactos tripolares K, puede hacerse automaticamente a medida que aumenta la velocidad.
6.
El arranque rotoricas.
por
M
resistencias 17
El inconveniente del motor trifasico de jaula radica en coincidir en el instante del arranque un par moderado y una elevada intensidad.
17,
Fig. 19 -
Variaci6n par e intensidad con la velocidad un motor de rotor bobinado.
L3
w
L2
v
Ll
u
Kt
Fig. 18 44
K3
K2
Arranque
par resistencias
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
estat6ricas
con tres
etapas
intermedias.
en
UNIDAD
lntercalando una resistencia en cada devanado rot6rico, la "cima" de la curva del par se desplaza hacia la izquierda. Con ello, conseguimos que el par maximo tenga lugar a una intensidad algo mayor 1'1 Fig. 20.
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
Puede obtenerse un proceso de arranque con mas de un etapa intermedia, utilizando varios grupos de resistencias, y eliminandolas a medida que aumenta la velocidad Fig. 21. En el segundo caso de la figura anterior, podemos obtener un par elevado durante todo el perfodo de aceleraci6n. Efectivamente. En la Fig. 22, podemos observar las velocidades n3, n2 y n1 en las que eliminamos grupos de resistencias. AI llegar a la velocidad n3, los contactos K3 eliminan las resistencias R3 y pasamos de la curva M3 a la M2, y asf sucesivamente. De este modo, el valor del par se mantiene en "las restas" durante toda la aceleraci6n.
M, I
Tambien la intensidad se mantiene en valores moderados durante todo ese perfodo. J unto a ambas graficas, representamos un esquema simplificado 0 unifilar del circuito.
M
Fig. 20 -
Arranque
por medio de resistencias rot6ricas.
Eligiendo adecuadamente el valor de las resistencias, podemos hacer coincidir el punto I con el instante de arranque. Una vez estabilizada la velocidad, eliminaremos las resistencias, cortocircuitandolas por el sistema ya citado.
LI
L2 L3
LI
L2 L3
K
L
M
3xRI
3xR2
3xR3 11
Fig. 21 -
Arranque de motor con rotor bobinado dos y tres eta pas intermedias.
en
Fig. 22 -
Arranque
por resistencias rot6ricas tres etapas intermedias.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
con
45
UNlOAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
Con este sistema de arranque y haciendo coincidir el par maximo con el inicio de la aceleraci6n (n = 0), el par es practicamente proporcional a la intensidad de consumo. Si el parde arranque vale, por ejemplo, 2 . M", la correspondiente intensidad es de 2 . I",
Los puntos I, 2, 3, ... corresponden a pequefias disminuciones del valor de las resistencias. El punto A, de velocidad nl e intensidad 1 es el punto de trabajo deseado.
Este sistema de arranque es adecuado en instalaciones en las que no se admiten elevadas puntas de intensidad, pero se precisa un buen par de arranque. Tal es el caso de maquinas que arrancan a su plena carga, como elevadores 0 ciertos compresores.
7. Arrancadores
Una ventaja del uso de estos motores es que nos permiten obtener diversas velocidades de modo estable. Las velocidades n3, n2 y nl de la figura anterior las conseguimos con intensidades de consumo similares a la nominal. Si detenemos la eliminaci6n de las resistencias en el punto que nos interese, habremos obtenido una cierta regulacion de velocidad.
1
estaticos.
Los arrancadores estaticos son dispositivos semiconductores que se intercalan entre la red y el motor. Se utilizan para motores trifasicos de jaula, de potencias pequefias 0 medianas Fig. 24.
Si en lugar de grupos de tres resistencias, usamos un reostato trifasico, podemos variar simultaneamente el valor de las tres, entre cero y el maximo. Tambien, asf, podemos obtener una adecuada aceleraci6n y fijar la velocidad en un valor determinado. Con un amperfmetro para controlar la intensidad, podemos disminuir manualmente el valor de las resistencias, de modo que aquella permanezca practicamente constante durante la aceleraci6n Fig. 23.
LI
L2
L3
LI
L2
L3
I I I o en)
, ..... .,._---
R
. EQUIPO
DE
M
ARRANQUE L K
3 x R
A
11
Fig. 23 -
46
Arranque
AUTOMATISMOS
y regulaci6n de velocidad reostato manual. Y CUADROS
ELECTRICOS
por
Fig. 24 -
Arrancador
estatico.
UNIDAD
En una de sus variantes mas habituales, este arrancador mantiene constante la intensidad (entre valores de 2 In y 3 I) mientras dura la aceleracion. En este perfodo, el par va aumentando entre unos valores de 0,2 M n - 0,3 M n hasta 1,5 M n' El par motor ha de ser en todo momento superior al par resistente (Fig. 25).
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
• Inconvenientes: elevada intensidad de arranque, no permite un arranque progresivo. • Duracion media del arranque: 2-3 segundos. • Uso habitual: maquinas pequefias que arrancan en carga.
8.2. Arranque estrella-triangulo. M
• Corriente de arranque: de 1,3 In a 2,6 In' • Par de arranque: de 0,2 Mn a 0,5 Mn• • Ventajas: arrancador barato (3 contactores), buena re1acion par/intensidad. • Inconvenientes: par de arranque pequefio. Algunos fenomenos transitorios en el paso de estrella a triangulo. La tension de red ha de coincidir con la tension nominal de los devanados. • Duracion media del arranque: de 3 a 8 segundos. • Uso habitual: maquinas que arrancan en vaclo. Maquinas centrffugas de pequefia potencia.
8.3. Arranque por autotransformador. ra • Corriente de arranq ue: de 1,7 In a 4 In' A
• Par de arranque: de 0,4 Mn a 0,85 Mn• 11
Fig. 25 - Par e intensidad con un arrancador estatico.
• Ventajas: buena relacion par/intensidad. • Inconvenientes: necesita un autotransformador, que es un eqUlpo caro. • Duracion media del arranque: de 7 a 12 segundos.
Durante la aceleracion, estos equipos estaticos aJimentan al motor con tensiones de valor reducido y forma de onda no senoidal. La obtencion del valor de la intensidad 10 realizan sus circuitos electronicos.
8. Resumen de los sistemas de arranque. 8.1. Arranque directo. • Corriente de arranque: de 4 In a 8 In' • Par de arranque : de 0,6 Mn a 1,5 Mn• • Ventajas: arranque por simple conexion a la red. Par de arranque normal.
• Uso habitual: maquinas potentes 0 de mucha inercia, en las que es importante reducir la punta de intensidad.
8.4. Arranque
por resistencias
estat6ricas.
• Corriente de arranque: de 4 In a 5 In' • Par de arranque: de 0,3 Mn a 0,95 Mn• • Ventajas: posibilidad de escoger las etapas de aceleracion. No hay fenomenos transitorios en las di versas etapas. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
47
UNlOAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos
.
• Inconvenientes: la reduccion de la intensidad de arranque es pequefia, necesita resistencias externas. • Duracion media del arranque: de 7 a 12 segundos. • Uso habitual: maquinas de alta inercia, en donde no importa excesivamente lajunta de intensidad.
8.5. Arranque
por resistencias
rotoricas.
• Corriente de arranque: menor que 2,5 In. • Par de arranque: menor que 2,5 Mn• • Ventajas: muy buena relacion par/intensidad. Posibilidad de escoger las etapas de aceleracion. No hay transitorios en las diversas etapas. • Inconvenientes: se precisa un motor de rotor bobinado, que es mas caro que uno de jaula, para igual potencia. Necesita resistencias externas. • Uso habitual: maquinas de arranque en carga 0 progresl vo. Maquinas que requieran cierta regulacion de la velocidad.
8.6. Arranque
estatico.
• Corriente de arranque: constante en toda la aceleracion. Se fija su valor entre 2 In y 3 In.
48
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
• Par de arranque: de 0,25 M n a 0,4 M n . • Ventajas: se reduce la corriente de arranque a un valor prefijado, que se mantiene con stante en la aceleracion. • Inconvenientes: pequefio par de arranque. El equipo de alimentacion es caro. • Uso habitual: maquinas de cualquier tipo, que arranquen en vaclo 0 a poca carga.
8.7. Criterio general de eleccion de arranque.
del sistema
• Si la instalacion se alimenta en B.T. de una red publica, hay que asegurarse de que un arranque directo no cree perturbaciones en la Ifnea. Si la alimentacion se realiza a traves de un transformador particular, hay que asegurarse que dicho arranque no cree perturbaciones en la red de media tension. • Hay que asegurarse, asimismo, de que un arranque directo no perjudique la maquina arrastrada, 0 el proceso que de esta se deriva. • Escogido un sistema determinado de arranque, verificar si la nueva cafda de tension ya no produce alteraciones. • Asegurarse de que la nueva curva par/velocidad obtenida proporciona un arranque y una aceleracion aceptables.
UNIDAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
ACTIVIDADES
1. Realizar la medicion de la intensidad de arranque de un motor pequefio. Se dispondra de algtin dispositivo mecanico de bloqueo del rotor.
suministrara una tension cuyo valor se hani variar desde cero hasta la nominal. Un voltfmetro y un amperfmetro indicaran la tension y la intensidad en cada momento.
2. Llevar a cabo un arranque estrella-triangulo por medio de interruptores manuales, 0 de un conmutador especffico. Se colocara un voltfmetro en las bornas 1-2 de uno cualquiera de los devanados. Si existe posibilidad de bloquear el rotor, se mediran las intensidades de arranque en estrella y en triangulo. 3. Arrancar un motor trifasico a tension variable. Se dispondra de un autotransformador trifasico que
Para poder apreciar las ventajas de este tipo de arranque, el motor debe arrastrar alguna maquina en carga (dinamo freno, dinamo, alternador, etc.). 4. Se realizanin arranques por medio de resistencias variables 0 fijas, tanto en motores de jaula, como de rotor bobinado. En todos los casos, eI motor arrastrara una maquina en carga y se medira la intensidad estatorica.
EJERCICIOS
1. Un motor trifasico de jaula trabaja a 400 V Y sus datos nominales son los siguientes: P
=
I I In
18,5 kW
nn= 1470 rpm Rendim.
4
3
= 0,89
cos
3 2
2
Hallar la potencia util y la intensidad cuando gira a 1300 rpm. 11
2. Un motor trifasico de jaula tiene las siguientes caracterfsticas nominales: 45 kW n
= 1465 rpm
Representamos en la Fig. 27 los dos extremos de su grafica par/velocidad.
1200
Fig. 26 -
1240
1280
1320
1360
1400
1440
1480
Variaci6n par e intensidad con la velocidad.
Ha de arrastrar una maquina que tiene el mismo par resistente a cualquier velocidad, y que precisa una potencia de 40 kW a 1500 rpm. Averiguar si el motor podra realizar un arranque estrellatriangulo.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
49
UNlOAD
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
M/ M" M / M" 2,4 3,2
2,2 2
2,8
1,8 2,4
1,6
2
1,4 1,2
1,6
//?
1 1,2
0,8
0,8
0,6
.'
0,4 0,4
: n :(rpm)
o
,
.
1465
Fig. 27 -
11
0,2
(rpm)
o
300
Fig. 28 -
Grafica par/velocidad.
3. Un motor trifasico de datos nominales:
600
900
1200
Grafica parlvelocidad
y par resistente.
Hallar las siguientes intesidades:
7,5 kW. 230/400 V
• La de arranque directo.
Rendimiento = 0,85
• La de arranque con resistencias.
cos
1450
= 0,84
• La que obtenemos en el instante de la eliminacion de las resistencias.
n = 1450 rpm tiene las graficas par/velocidad de la Fig. 28. La superior es para arranque directo y la inferior para arranque con tres resistencias estatoricas.
Hallar, asimismo, la velocidad en la que la intensidad duplica el valor de la nominal durante el arranque.
Ill"
Hallar los siguientes valores:
8
• El par de arranque directo. 7
• El par de arranque con resistencias. 6
• El par maximo con resistencias. • La velocidad a la que las resistencias ser eliminadas.
5
deben
4
--------",
La intensidad nominal a 400 V.
I' ",
3
.•...•..•....•. " "
2
La maquina arrastrada tiene la grafica indicada de par resistente. 4. En el motor del ejercicio anterior, la variacion de intensidad en arranque directo y en arranque con resistencias responde alas graficas de la Fig. 29.
50
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
"
. .. .... "
, /1
(rpm)
o
300
Fig. 29 -
600
900
1200
Gratica corriente/velocidad.
1450
UNlOAD
5. Un motor tiene como datos nominales:
DIDAcTICA
3: Arranque
de motores
trifasicos.
7. Un motor trifasico de jaula tiene las siguientes caracterfsticas nomi.nales:
30 kW.
22kW
230/400 V
230/400 V
n = 1450 rpm y su grafica de variacion par/velocidad ma del ejercicio 3.
cos
es la mis-
Rendimiento
= 0,90
Arrastrani una maquina que precisa una potencia de 25 kW a L450 rpm.
y su variacion par/velocidad/intensidad a la grafica de la Fig. 30.
responde
Obtener el par de arranque del motor, alimentado a 160 V. Tras el perfodo de aceleracion y al alcanzar 1300 rpm, el motor se alimenta a la tension definitiva de 230 V.
Hallar su velocidad y su par, cuando 100 A, conectado a una red de 230 V.
consume
Obtener el valor del par a 1300 rpm, a tension reducida y a tension de red.
11
Hacer una grafica explicativa.
1460 M
6. De un motor trifasico conocemos datos nominales:
los siguientes
1400
Mo
1300
55 kW. 400/690 V Rendimiento = 0,93
1200
cos
Par = 364,7 N . m Su grafica de variacion intensidad/velocidad es la misma del ejercicio 4, para arranque directo. Si 10 arrancamos en estrella-trianguLo, hay una punta de intensidad en el paso a triangulo. Hallar la velocidad a la que hay que hacer el paso a triangulo, para que dicha punta sea igual que la de arranque. Tension de red: 400 V.
2.6 Mo
1100
1000
'" Fig. 30 -
2 ,
"
3 '"
Grafica par/velocidad/intensidad.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELI~CTRICOS
51
UNlOAD OIOA.CTICA
Conmutaci6n de motores. El contactor. Sumario 1. Dispositivos
de conmutacion.
2. La conmutacion 3. El contactor. 4. Categorfas 5. Activado Ejercicios
Al termino • • • •
manual.
Su estructura. de empleo de contactores.
del contactor. y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces
de:
Conocer los dispositivos e1ementales de conmutacion manual de motores. Seleccionar adecuadamente los contactores de conmutacion de motores. Interpretar las graficas de durabilidad de los contactores. Disefiar circuitos elementales de activado de contactores. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
53
UNlOAD
oloAcTICA
4: Conmutaci6n
1. Dispositivos
de motores.
El contactor.
En su version mas simple, consta de tres contactos con dos posiciones estables:
de conmutaci6n.
Un motor electrico, como cualquier otro receptor, ha de estar dotado de un dispositivo que permita su adecuada conexion a la red de alimentacion.
• posicion I: contactos cerrados (motor en marcha). Su disposicion constructiva puede adoptar diversas formas y tamafios (Fig. 2).
A dicho dispositivo se le exige: • que realice la conexion y desconexion • que dicha conmutacion maniobra .
• posicion 0: contactos abiertos (motor parado).
en carga.
la verifique en una sola
• que su corte sea omnipolar. Esta ultima condicion significa que el dispositivo cortara las fases y el neutro de la red. Como dispositivo preferente hay que citar el interruptor, que contara con tres contactos, si conmuta el motor directamente, 0 con cuatro contactos, si alimenta un equipo arrancador que precisa del neutro (Fig. 1).
LI
L2
L3
Ll
L2
L3
N
LI
o
Q
u
Fig. 1 -
Conmutaci6n
omnipolar
2. La conmutaci6n
v
de un motor a la red.
AUTOMATISMOS
Fig. 2 -
L3
i'll' I
3
5
u
v
w
Interruptores tripolares para motores.
manuales
manual.
Para este sistema de conmutacion, tripolar manual es el mas habitual. 54
w
IV
I
L2
Y CUAOROS
ELECTRICOS
el interruptor
Para invertir el sentido de giro de un motor trifasico basta con conectar]o a la red con dos fases cualesquiera intercambiadas entre sf (Fig. 3).
UNIDAD
LI
L2
L3
LI
L2
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
L3
3. El contactor.
V
Su estructura.
El contactor es un dispositivo de conmutacion que se acciona electromagneticamente. Esquematizamos su principio de funcionamiento en la (Fig. 5).
W
--cFig. 3 -
El contactor.
Igualmente, podemos disponer de conmutadores manuales para realizar arranques a tension reducida, o para accionar motores de dos velocidades.
Q
U
de motores.
Inversion
--c-
del sentido de giro de un motor trifasico.
Para realizar esta inversion, el interruptor utilizado, que podemos llamaI' ahora expresamente conmutador, tiene tres posiciones estables, una para cada sentido de giro y otra central de parada, o desconexion de la red (Fig. 4)
pieza pieza
movil
fija
3
I
5
muelle
lll r r r
2 AI
L2
L3
5
2
Fig. 4 -
Fig. 5 -
9
11
4
Conmutador manual para motor con dos sentidos de giro.
trifasico
Contactores.
6
conlaclos
A2
principales
bobina
LI
4
Principio
de funcionamiento.
Segun la figura, un bloque de contactos esta unido a la parte movil de un electroiman. Al aplicar tension alas bornas A 1- A2 de su bobina, la corriente que la atraviesa provoca la atraccion de la parte movil hacia la fija, venciendo la fuerza de un resorte. En su arrastre, cierran los contactos indicados. Si eliminamos la tension aplicada, el conjunto vuelve a su posicion inicial y los contactos se abren de nuevo. Para la conmutacion de motores trifasicos se emplean contactores tripolares. La puesta en tension de la bobina se realiza por medio de un contactor, que en el caso mas sencillo, es un pequefio interruptor unipolar (Fig. 6). Llamamos a dicha maniobra activado del contactor. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
55
UNlOAD DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores. El contactor.
4. Categorias de empleo del contactor. Existen contactores de muy diversos tamafios para conmutar la amplia gama de potencias de los motores y de los receptores e]ectricos en general.
n
Tensi6n de bobina
'3'
I
AI
A2- - -~-
I
- ~2
Fig. 6 - Contactores.
I
Un dato fundamental de un contactor es la llamada tension nominal de empleo, Ue, que es la maxima trifasica que puede aplicarse a sus contactos y para la que el fabricante y las Normas de caJidad correspondientes responden de sus caracterfsticas de conmutacion. Un valor muy frecuente de tension nominal de empleo es e] de 440 V.
-~ 4
Tension de
Una caracterfstica importante para la eleccion de] contactor para un receptor electrico es la naturaleza de este y su modo de ser conmutado. Lo explicamos a continuacion.
6
activado.
Los contactos de un contactor soportan: E] contactor tiene ventajas evidentes interruptor manual. Entre otras citamos:
sobre e]
• su elevada velocidad de conexion y desconexion. • su posibi]idad de mando a distancia. • su compatibi]idad conmutacion.
con otros dispositivos
de ser su de
de
Las tensiones a aplicar a ]a bobina, 0 tensiones de activado del contactor, tienen va]ores norma]izados en corriente continua y alterna. Destacamos en la Fig. 7 sus valores usua]es, junto a dos tipos de bobinas.
@
• En el instante de su cierre, la intensidad establecimiento. Dicha intensidad puede practicamente ]a nominal de] receptor si natura]eza es resistiva, pero sera alta (la arranque) si se trata de un motor. • Mientras permanecen cerrados, la consumo nominal del receptor 0 intensidad puede producir en ellos mientos excesivos si no estan dimensionados.
intensidad de motor. Dicha unos calentadebidamente
• En el instante de la apertura en carga, la intensidad de corte. Este es el momento de maximo deterioro de ]os contactos, ya que en la "chispa" producida se vaporizan fragmentos de] metal que ]os constituye.
1
U
-
Resu]ta, entonces, que un contactor puede conectar y desconectar un receptor de determinada intensidad nominal, en diversas circunstancias. La categoria de empleo del contactor los define.
A2
(V)
cIa
24
48
127 230
240
400
440
500
c/c
12
24
48
72
110
220
250
Fig. 7 - Tensiones de 56
60
activado
de contactores.
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
Para una mejor comprension de las categorfas de empleo de un contactor, definiremos diez tamafios de contactores, con la denominacion de la Fig. 8. Las caracterfsticas que iremos definiendo de cada uno ellos seran similares a las que podemos encontrar en los catalogos de di versos fabricantes.
UNlOAD
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
En esta categorfa no hay punta de intensidad al establecimiento. En el corte, la intensidad es la nominal (Fig. 10). (Ue:O:; 440 V) 2
4
6 lestablecimienlo
= In
Icarte = I n
K9
K12
K18
K25
K32
K40
K50
K65
K80
K95
'"+---r------, Fig. 8 -
Denominaci6n
4.1. Categoria
de los contactores.
de empleo AC1.
Un contactor trabaja en esta categorfa de empleo cuando conmuta cargas resistivas, 0 mas exactamente, cargas con un cos er ~ 0,95. Tal es el caso de las resistencias de calefaccion industrial (Fig. 9).
Fig. 10 -
Contactor
en categorfa
de empleo
AC1.
En esta categorfa de empleo, la unica limitacion es la impuesta por la temperatura alcanzada por los contactos. Por ello, la temperatura ambiente ha de ser tenida en cuenta. La Fig. 11 recoge la intensidad nominal maxIma de los receptores resistivos que puede conmutar la serie K definida anteriormente. Se proporcionan dichos valores para dos temperaturas ambientales diferentes.
~ 3 x 400 V L1
L2
III T--~--~ --~
3 x 230 V L3
L1
L2
le (ACt)
L3
le (ACl) (U,$ 440 V)
cos
Fig. 9 -
Contactores
(A)
t $ 55°C
t $ 70°C
K9
25
17
K 12
25
17
KI8
32
22
K25
40
28
K32
50
35
K40
80
42
K50
80
56
K65
80
56
K80
125
80
K95
125
80
cos
trabajando en categoria empleo AC1.
de
Fig. 11 -
Intensidades maximas de empleo de contactores en categoria de empleo AC1.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
57
UNlOAD
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
Ejemplo.
Ejemplo.
Resistencias de calefaccion conmutadas contactor. Potencia: 16 kW. Tension: 400 V.
por
Solucion. trabaja
en categorfa
16.000 I -
de empleo
= 24,3
f3. 400.0,95
n
AC 1.
De la figura anterior, millones de maniobras.
4.2. Categoria
Para los valores de intensidad de la figura anterior, cada contactor tiene una durabilidad determinada, es decir, un numero de maniobras (conexion + desconexion) que soportan sus contactos sin que d6ban ser cambiados. Una cifra muy frecuente es la de un milion de maniobras. Si un contactor trabaja en categorfa ACI con una carga de intensidad inferior a la maxima de empleo, su durabilidad aumenta. De la Fig. 12 se puede obtener en esta circunstancia.
obtenemos
la cifra
de 5
A
escogemos el contactor K 18 no rebasa los 55°C 0 el K25 los 7SOC.
De la figura anterior (32 A) si la temperatura (28 A) si puede alcanzar
10
K25 que
Solucion.
El contactor
Millones
Durabilidad previsible para un contactor trabaja en AC I con un consumo de 20 A.
de empleo AC3.
Un contactor trabaja en esta categorfa de empleo cuando conmuta motores trifasicos y estos lIegan a estabilizar su velocidad de regimen. En estas condiciones, el contactor tiene intensidad de establecimiento la de arranque motor y por intensidad de corte, la nominal motor (Fig. 13)
f cSlahlccimicnlO I corte = 1n
por del del
= la
K
'n
la nueva durabilidad
de maniobras N
'"
""'
00
N
;2
N
'"
'" '"
'"
8 6
.,.
.......
""-
""-""-
I'i'...
0
0
13 - Contactor
en categorfa
de empleo
AC3.
'D
.......
I'.""-""- i'..""-
""
~
I 0.8 0.6
Fig.
""' ""' ""' '" '" '" ~ '"'"
0
,..•....
:-... "'-
I'"
N
~ :
En categoria AC3, la punta de intensidad que sufren los contactos del contactor limita los valores de la intensidad nominal del motor a conmutar.
"-
:
La intensidad de em pI eo de un contactor en categorfa AC3 es su dato mas caracterfstico y el que define su calibre.
:
0.4
0,2
0.1 4
5
6 7 8 9 10
20
25
32
40 50
60
80
58
12 - Durabilidad de
200
\
Corricntc cortada (A)
ACl
Fig.
100 125
contactores en categorfa de empleo AC1. Temperatura ~ 55°C.
AUTOMATISMOS
105
Y CUADROS
ELECTRICOS
En la serie de contactores K definida, la cifra adjunta es precisamente dicha intensidad. El contactor, por ejemplo K32, tiene una le (AC3) = 32 A. Para escoger el contactor que va a trabajar en categorfa AC3 basta con conocer la intensidad nominal del motor In' y escoger uno que verifique que le (AC3) ::::In'
UNlOAD
oloAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
Ejemplo. Lt
L2 L3
Motor de 30kW, 400 V. Tras su periodo de arranque directo, trabaja cierto tiempo a su carga nominal antes de ser desconectado. El contactor a colocar trabaja, evidentemente, en categoria AC3. Segun la Fig. 28 de la U.D.2, dicho motor tiene una intensidad nominal de 55 A. Escogeremos un contactor K65.
K I --- ---
Tambien en categorfa AC3, los contactores tienen su propia grafica de durabilidad. Esta nos permite conocer su numero previsible de maniobras cuando trabajan a su intensidad nominal de empleo, 0 a otras inferiores, Fig. 14. Para obtener dicha grafica, el fabricante realiza las maniobras de conexi6n con una intensidad seis veces mayor que la de desconexi6n.
K2
WI
W2
VI
V2
Ut
U2
Fig. 15 -
--- ---
K3
Contactores en un arranque estrella -triang u 10.
En esta circunstancia, los contactores trabajan tambien en categorfa AC3, aunque su intensidad de establecimiento este amortiguada.
Ejemplo. Un contactor K18 va a trabajar en categoria AC3 conmutando en arranque directo un motor de 7,5 kW, a 400 V. El contactor es adecuado, nominal es de 15,2 A. Seran previsibles maniobras.
entre
Ejemplo. Motor de 15 kW, 230/400 V, con arranque estreIla-triangulo en red de 230 V.
ya que el consumo
1,5 y 2 millones
Su intensidad V.D.2, de:
de
I n = vI3 . 28,6 = 49,47 A
Si un motor tiene previsto un arranque estrella triangulo, la intensidad nominal que atraviesa los contactores Kl y K2 no es la del motor, sino una {3 veces menor (Fig. 15).
Millolles
'"
0-
'"
'"
'" '"
'"
'" 6
'-
~
'"
"-
or.
~.
'"
'"
N
". "-
'"
"-
"-
"-
""
""
""
'"
""
'" '"
'-........
"-
ya que la tensi6n es ahora de 230 V. La intensidad nominal que atravesara los contactores KI y K2 es: In / vI3
AC3 (Vc 5'; ~ '" '"
de malliobras N
10
nominal es, segun la Fig. 28 de la
"-
""
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""
""
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'"
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or.
"-
""
"'\. ~
or. 0-
'\.
"
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'"
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"""""
""~
1.5
>C
'\. '\.
""
A
$ 440 V)
'\.
"-
= 28,6
~
""'"
':
'" '\.
~ 0.8
: :
:
0.6 7
Fig. 14 -
8
Durabilidad
10
12
: :
: :
25
30 : 32
15
de un contactor
en categorfa
: : 40
: : 80
50
Corricnlc cortada
90: 100
60 65
de empleo
AUTOMATISMOS
(A)
AC3.
Y CUAOROS
ELECTRICOS
59
UNlOAD
oloAcTICA
MiJlones
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
de maniobras
;;:
'"
10
;;:
"'-
.....•....
"-...
6
N
C'".
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I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
1
I
I
I
I
1
I
I
I
I
1
1
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
39
42
4950
I I
""
1.5
"'" \
0.8 Corrientc conada
0.6 I
6
Fig. 16 -
Durabilidad
6.6
8
8.9
de un contactor
10
I 1.5
en categorfa
15
17.3
30
2021.3
de empleo
AC3.
El contactor K3 de la figura puede ser de un calibre inferior, ya que en marcha de regimen esui desconectado.
leslablecimicnto
=
fa
Icorte = I c
"
Si la tension de alimentacion del motor es mayor que la de empleo, las correspondientes intensidades en AC3 son algo menores. Ello es debido a que el desgaste de los contactores en el corte es mayor, a causa del aumento de la descarga de ruptura 0 chispa.
(A)
Las curvas de durabilidad de los contactores K acusan una disminucion en el numero de maniobras previsibles a 690 V (Fig. 16). La categorfa de empleo en AC2 es aplicable a los motores de rotor bobinado, y podemos considerarla una variante de la AC3. En dicha categorfa la corriente de establecimiento y la de corte se situan ambas en el mismo valor de 2,5 In. Resulta adecuado para ambos el K32, que va a permitir del orden de dos miJlones de maniobras.
4.3. Categoria
de empleo AC4.
Un contactor trabaja en esta categorfa de empleo cuando conmuta motores trifasicos en condiciones que podemos llamar "especiales". La mas notable de eJlas es la marcha del motor "a impulsos", en la que este no llega a alcanzar su velocidad de regimen porque ha sido desconectado rapidamente de la red. En tales condiciones, la intensidad de establecimiento y la de corte del contactor son elevadas (Fig. 17). 60
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
Fig. 17 -
Contactor
en categorfa
de empleo
AC4.
Encontramos motores de tales condiciones en trabajos en maquinas automaticas de alta velocidad, como impresoras, rotativas, emvasadoras, etc. Otro regimen del motor en el que sus contactores trabajan en categorfa AC4 es el que tiene previsto un frenado por "contracorriente". En dicho sistema, se detiene rapidamente el motor desconectandolo de la red y volviendo a conectarlo rapida y momentaneamente con dos fases intercambiadas entre sf. El motor experimenta una fortfsima deceleracion y se desconecta de nuevo de la red antes de que empiece a girar en sentido contrario. La intensidad de establecimiento es muy elevada y la de corte coincide con la de arranque (Fig. 18).
UNIDAD
DIDAcTICA
AC4
LI L2 L3 Millones
la
KI -
~
M M
ono",
00
.,,-or,
~
,
I"
,""
"'"
.\\"'''
"'" " '" " \.\~ \\ \'\~
~
0,2
I"
'\
~
0.08
K2
(Ve :s; 440 V)
.'"
0.1
la
0,06
": : " " \ \ "
0.04
:
:
:
"
y
0,02
K2
El contactor.
~ ~ ~~ >coo", ~~~
M
..•.. " ",
0,4
KI ~
or,
00
'"~ ~ ~
0.6
-
de motores.
de maniobras M
1 0.8
Kt
4: Conmutaci6n
~
:\
0.01
~
20
80
40
200
lOO
400 600 800
1000 \ Corrierlle cortada (A)
Fig. 18 -
Contactores frenado
en categorfa AC4 en un por contracorriente.
Fig. 20 -
Para escoger un contactor que va a trabajar en categorfa de empleo AC4, hay que conocer la maxima intensidad que puede cortar en perfectas condiciones. En los contactores de la serie K este valor es seis veces el de la Ie(AC3), a la tensi6n nominal de empleo, de 440 V. A mayor tensi6n, esa cifra disminuye (Fig. 19). La durabilidad previsible de un contactor que trabaja en categoria de empleo AC4 es mucho menor que la que le corresponde si trabaja en ACl 0 AC3 (Fig. 20).
Durabilidad de los contactores en categoria de empleo AC4.
Su contactor trabaja, evidentemente, AC4. In
=
en categoria
18,4 A
3In = 55,2 A De la figura anterior obtenemos que un contactor K 12 nos asegura entre 100.000 y 200.000 maniobras. Un K18, algo mas de 300.000 y un K25 casi medio mill6n.
Ejemplo.
5. Activado
Un motor trifasico de 9 kW, en red de 400 V, trabaja en arranque directo y para durante la aceleraci6n, cuando su consumo es el triple del nominal.
le
(max)
Vc ~ 440 V
(A)
Vc
> 440 V ~ 690 V
del contactor.
Ya hemos definido el activado del contactor como la puesta en tensi6n de su bobina, con el consiguiente
K9
Kl2
KI8
K25
K32
K40
K50
K65
K80
K95
54
72
108
150
192
240
300
380
480
570
40
50
70
90
105
150
170
210
250
250
Fig. 19 -
Intensidad
maxima
de corte
de contactores.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
61
UNIDAD
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
cierre de sus contactos. La Fig. 7 recoge las tensiones habituales de activado, siendo la de 230 Y en corriente alterna la mas habitual. Un contactor con bobina para 230 V ~a que valor de tension cierran sus contactos? Es interesante este dato, ya que una disminucion del valor de esta puede provocar la desconexion y parada de los motores conmutados. Las actuales norm as establecen que un contactor activado a una tension de valor 0,85· Un (siendo Un la nominal) debe tener ya sus contactos cerrados y con buena presion. Si la tension desciende a partir de ese valor, aunque 10 haga lentamente, debera llegar un momento en el que la desconexion sea total y practicamente instantanea. Una escasa presion entre los contactos atravesados por la corriente provoca calentamientos, chi spas y su desgaste prematuro.
En un contactor con bobina a 230 Y, esos valores son de 92 Y Y 195 V, respectivamente. El tiempo de activado (t) de un contactor se define como el que transcurre entre el instante de aplicacion de tension a la bobina y el cierre de sus contactos. El tiempo de desactivado td se define, asimismo, como el transcurrido entre el corte de la tension y la apertura de los contactos. El tiempo ta depende -en corriente alterna- del punto de la onda senoidal en el que se realiza la conexion. El tiempo td depende de la fuerza del resorte interno. En cualquier caso, estos tiempos son muy pequenos y no superan las 25 milesimas de segundo en contactores de Ic(AC3) ::; 65 A. Para dejar activado un contactor, el cierre del circuito de la bobina ha de realizarse con un interruptor que mantenga de modo estable esta posicion. Un simple interruptor manual u otro contacto con posicion de cierre estable son suficientes (Fig. 22).
Asimismo, un contactor debera poder soportar permanentemente una tension de valor I, I . Un aplicada a su bobina. Se situa en 0,4 . Un el valor de total desconexion en 0,85 . Un el de total conexion (Fig. 21).
y
230 V
l
+n _s
s AI
I I I
74 V
~
AI
A2--~--~-~
I I I
A2--~--~-~
~ I
3
5
Alii
u~\\~ 4
0.2 Un 01
0.4
I
62
6
0.6 U,
0.8 U,
I
9--~~ Fig.
u,
Fig. 22 -
, I I
U, 1
9--+
21 - Tensiones Ifmite de conexi6n y desconexi6n de un contactor.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
.
U,
Activado
de un contactor par media de un contacto estable.
Si quiere activar un contactor por medio del cierre breve de un contacto (0 "impulso") el sistema mas simple consiste en emplear una pareja de pulsadores. Un pulsador es un elemento de conmutacion manual por presion, cuyo contacto solamente tiene una posicion estable. AI pulsarlo, cambia de posicion, y al dejar de pulsarlo, retorna a su posicion primitiva. Los pulsadores empleados para este fin admiten dos variantes, segun la naturaleza de su contacto en posicion de no pulsados: N A - normalmente
abierto.
NC - normalmente
cerrado.
UNIDAD
En un mismo pulsador pueden existir contactos, que cambian simultlineamente pulsados (Fig. 23).
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
ambos al ser
U",
S2
E ..
2
I
El
13
I1
I 2
12
I NA
I NC
Fig. 23 -
21
E~r
E-f
14
22
I NA + INC
Pulsadores
El contactor.
Fig. 25 -
Mando
de un contactor pulsadores.
4
6
por pareja
de
Segun esta disposici6n, un breve pulsado al S2, activa el contactor, que permanece ya activado a traves de su propio contacto 13-14. atro breve pulsado al SI, 10 desactiva. Como veremos mas adelante, estos breves impulsos pueden provenir de otros propios de dispositivos, tales como finales de carrera 0 de di versos contactos auxi Iiares.
manuales.
Para realizar tal tipo de activado es preciso que el contactor este provisto de un contacto auxiliar NA, que cierre y abra solidariamente con sus contactos principales. La practica totalidad de los contactores cuenta con dicho contacto auxiliar, cuyos bomes se numeran con 13-14 (Fig. 24).
La ventaja de este sistema radica en la posibilidad de controlar el contactor desde varios lugares diferentes, colocando: • varios pulsadores
0
contactos NA en paralelo.
• varios pulsadores
0
contactos NC en serie.
En el esquema de la Fig. 26, podemos activar el contactor K con dos pulsadores y desacti varlo con otros dos. 1
3
5
13
~.IIII
~---\--\--~---~ 2
4
6
14
S-l
Fig. 24 -
Contactor
tripolar con un contacto NA (13-14).
auxiliar 135
13 K
El control del contactor (activado y desactivado) queda asegurado mediante la disposici6n de la Fig. 25, en la que el pulsador NA esta en paralelo con el contacto auxiliar, que cumple la funci6n de realimentacion 0 retenida.
I
I
I
---------I-~--\---\---\ 246
Fig. 26 -
Activado
de contactor por dos parejas pulsadores.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
de
63
UNIDAD
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
El contactor de la Fig. 27 se puede activar desde un lugar I y se puede desactivar desde los lugares I y I I.
E----
E----
SI
S3
11
Um
Fig. 28 -
:: :>~~\ ,
2
Fig.
27 - Control
3
4
Bloque de retenci6n
mecanica
de un contactor.
5
Un pequeno contacto interno de dicho bloque evita que su bobina pueda recibir tension innecesariamente, cuando el contactor esta desacti vado.
6
de un contactor desde dos lugares diferentes.
En ciertos casos, eI contacto auxiliar del contactor es NC, que esta cerrado cuando los contactos principales estan abiertos y viceversa. En otros casos, el contactor auxiliares, que pueden ser:
tiene dos contactos
NA + NC
SI
E---
S2
E---
2NA 2NC segun convenga al circuito.
El
A veces, interesa que un contactor permanezca activado (contactos cerrados) a pesar de haber desaparecido la tension en la bobina. Un sistema como este evita el consumo electrico de la bobina y protege contra desconexiones no deseadas cuando hay cortes esporadicos en la tension de activado. Conseguimos este efecto acoplando al contactor un bloque de retencion mecanica, cuya disposicion y esquema recoge la (Fig. 28). Un simple impulso al pulsador S I deja el contactor activado y bloqueado en dicha posicion. Otro impulso al pulsador S2 actua sobre la bobina E,- E2 del bloque de retencion, que 10 libera y desactiva el contactor. 64
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
,
3
\~~ 2
4
Urn
5 AI
----------~----A2
:
6
E2
KM
Fig. 29 -
K
Control con bloque de retenci6n
mecanica.
Los bloques de retencion tienen los mismos valores de tension de activado que los contactores (Fig. 7). Sin embargo, y por exigencias del circuito, pueden
UNIDAD
ten er valores diferentes, como en el ejemplo de la Fig. 30. El pulsado de SI arranca el motor, y el pulsado del S2 10 detiene.
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
Un breve impulso de corriente continua 0 alterna, deja el nucleo magnetizado permanentemente y el contactor activado. atro impulso en la borna opuesta, 10 desacti va. Puede realizarse esta operacion manualmente una pareja de pulsadores Sly S2 (Fig. 32).
LI L2
con
L3
Fig. 30 - Contactor con bloque de retenci6n mecanica. SI
f---
Tambien podemos obtener el activado permanente de un contactor, tras un breve impulso de tension a su bobina, utilizando el sistema de retencion magnetica.
I
3
5
I
I
I
2
4
6
------\--\---\
En este tipo de contactor la bobina es doble y tiene tres bornas: • una comun A2. • una de activado AI. • una de desactivado
Fig. 32 - Contactores de retenci6n magnetica. Activado y
El.
desactivado.
(Fig. 31). Los contactores con retencion ciertas ventajas, tales como:
y+~~ Al
magnetica
tienen
• nulo consumo de energfa.
El
A2
2
4
• son silenciosos en estado activado. • son insensibles alas perturbaciones
de la red.
6
Fig. 31 - Contactor de retenci6n magnetica. Bobina.
• conservan la memoria de su posicion tras un corte de la tension de mando. Sus peculiaridades constructivas los hacen practicos en tamafios medianos y grandes. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
65
UNIDAD
DIDAcTICA
4: Conmutaci6n
de motores.
El contactor.
EJERCICIOS
1. Un motor trifasico de jaula de 7,5 kW, cuyos datos nominales recoge la Fig. 28 de la U.D. 2, esta conectado a una red de 230 V. Su accionamiento se realiza interruptor manual.
por medio de un
Hallar su intensidad nominal correspondiente esquema. 2.
y realizar
el
Disponemos de dos motores iguales M, y M2, de 4 kW, cuyas caracterfsticas recoge la Fig. 28 de la U.D. 2. Estan conectados a una red de 230 V Y un solo conmutador posibilita las siguientes maniobras: En posicion 0 - M I Y M2 parados.
Hallar la intensidad nominal de cada motor y realizar el correspondiente esquema. tiene las
6,6/9 kW - 400 V 17123 A
y su rendimiento es de 0,82 en ambas velocidades. Hallar el factor de potencia y el par motor en cada velocidad nominal.
6. Un motor trifasico de jaula de datos nominales: 55kW
= 0,93
cos
arranca en estrella-trianglllo, en red a 400 V. Escoger los tres contactores adecuados de la serie K, de modo que se aseguren 2,5 millones de maniobras. Realizar el correspondiente
esquema.
Tiene arranque directo. Su desconexion se realiza en plena aceleracion, cuando la intensidad de consumo es la mitad de la de arranque.
Hacer el correspondiente esquema, si el accionamiento se realiza con un unico conmutador.
Escoger el contactor adecuado de la serie K, de modo que esten asegllradas 200.000 maniobras. como minimo.
Un motor Fig. 28 de faccion de por medio
Realizar el esquema correspondiente.
de 15 kW (ver caracterlstica en la la U.D. 2) Y tres resistencias de cale4 kW I 230 V cada una, se conmutan de dos contactores Kl y K2.
Escoger los contactores adecuados de la serie K, de modo que este asegurado un millon de maniobras, como minimo, en ambos casos. La temperatura
AUTOMATISMOS
8. Un motor de 4 kW (caracterfsticas en la Fig. 28 de la U.D. 2) tiene conmlltacion por contactor y mando por pareja de pulsadores. Escoger adeclladamente el contactor de la serie K (en AC3) para un minimo de 3 millones de maniobras y realizar el esquema correspondiente.
ambiente maxima es de 40 QC.
Hacer el correspondiente 66
esquema.
7. Disponemos de un motor trifasico de jaula de 15 kW, cuyas caracteristicas constan en la Fig. 28 de la U.D. 2.
725/965r.p.m.
4.
Realizar el correspondiente
Rend.
En posicion 11- M1 en inversion y M2 en parada.
Un motor de devanados independientes siguientes caracterfsticas:
Escoger los contactores adecuados de la serie K, de modo que se aseguren 3 millones de maniobras en cada sentido de giro.
400 I 690 V
En posicion I - M I Y M2 en marcha.
3.
S. Un motor de 15 kW I 500 VI Rend. = 0,94 I cos
Y CUADROS
esquema. ELECTRICOS
Tension de red: 3 x 400 I 230 V. Bobina contactor a 230 V.
de
UNIDAD
10. Dos motores trifasicos de jaula tienen las mismas caracterlsticas nominales: 3 kW . 230/400
El contactor.
11. Dos motores trifasicos de jaula, uno de 2,2 kW Y otro de 7,5 kW (ver datos en la Fig. 28 de la D.D. 2) estan conmutados por sus correspondientes contactores de retencion magnetica. Tienen un unico sentido de giro y su control se realiza por una pareja de pulsadores para cada motor.
V
Escoger adecuadamente cada contactor (AC3) y realizar el correspondiente esquema. Tension de red: 3 x 400 / 230 V. Tension bobina: motor pequefio de 230 V Y motor gran de de 400 Y. Indicar el numero previsible de maniobras de los contactores elegidos.
cos
de motores.
Escoger adecuadamente los contactores de la serie K(AC3) para un mfnimo de 2 millones de maniobras. Realizar el esquema. Tension de red: 230 V. Tension de bobinas: 230 V.
Rend. = 0, 74
Tienen un unico sentido conmutados por contactores.
4: Conmutaci6n
Cada motor se controla por una pareja de pulsadores, disponiendo uno de ellos de bloque de retencion mecanica.
9. Un motor trifasico de jaula de 5,5 kW Y caracterfsticas segun la Fig. 28 de la D.D. 2, tiene arranque directo por contactor. Escoger este adecuadamente de la serie K (AC3) Y realizar el esquema correspondiente. El motor puede arrancarse y pararse desde dos lugares diferentes. Tension de red: 230 V. Tension de bobina de contactor: 230 V. Numera mfnimo de maniobras: 2,5 millones.
DIDAcTICA
y estan
ACTIVIDADES
1. Realizar arranques e inversiones con los correspondientes interruptores y conmutadores manuales.
5. Anotar los datos de las placas de caracterfsticas de diversos contactores.
2. Arrancar motores de dos velocidades por medio de conmutadores especfficos 0 de interruptores manuales en la secuencia adecuada.
6. Por medio de un autotransformador monofasico variable, comprobar los valores de tension para los que un contactor se activa adecuadamente. Se hara la prueba con los contactos en vacfo y con los contactos conmutando un motor trifasico. En este segundo caso, controlar la corriente del motor.
3. Controlar el arranque y para de un motor trifasico por medio de un contactor accionado por un interruptor manual. Realizar la misma maniobra con un pulsador sin realimentacion (marcha a impulsos) y realizar la misma maniobra por medio de una pareja de pulsadores (marcha-paro). 4.
Examinar diversos tipos y tamanos de contactores. Extraer sus bobinas. Extraer sus contactos, si eJlo no implica una recolocacion complicada.
7.
Revisar catalogos de diferentes fabricantes de contactores. Se estudiaran las diversas caracterfsticas de estos: tensiones de acti vado, graficos de durabilidad, poder de corte, etc. Se haran resumenes de datos de algunos ti pos de contactores escogidos de entre los de detenninadas senes.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
67
CA
La protecci n e Motores ( ) .f'
Sumario 1. El esquema multifilar
y unifiliar.
2. El esquema conjunto
y desarrollado.
3. Los dispositivos
protectores.
4. El rele termico. 5. Los fusibles. Ejercicios
AI termino • • • •
y Acti vidades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces
de:
Realizar esquemas unifilares de circuitos elementales de motores trifasicos. Resolver circuitos simples con motores, realizando sus correspondientes esquemas desarrollados. Conocer los diversos tipos de retes termicos, asf como su conexionado al circuito y su reglaje . Conocer tipos de fusibles, asf como el criterio para su elecci6n. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
69
UNlOAD
oloAcTICA
5: La protecci6n
de motores
1. El esquema multifilar
(I)
y unifilar.
3 x 400 Y
3 x 230 Y
L1amamos esquema multifilar del circuito de un motor trifasico a aquel en el que figuran las conexiones entre la red y el motor, individualizadas para cada fase. Los esquemas de la Fig. 1 son multifilares, y corresponden a motores con arranque directo.
UYW
UYW 3 x 230
v
3 x 400 Y
~:=tlT~~=rtlliT Kllll
Fig. 2 -
Esquemas
unifilares
de motores
trifasicos.
K3
K2
2. El esquema conjunto y desarrollado. Vamos a considerar el esquema de un circuito muy elemental. Se trata del de un motor trifasico: • con arranque directo por contactor. • con activado de la bobina de este por medio de un interruptor. Fig. 1 -
Esquemas
multifilares trifasicos.
de motores
El esquema de la Fig. 3 corresponde a dicho circuito. La tension de mando es de 230 V. 3 x 230 Y
El esquema unifilar es una simplificacion del anterior. Consiste en representar por medio de un solo trazo, Ifneas que tienen tres conductores 0 contactos tripolares.
LI
L2 L3
I--v--
s
Tres pequefios trazos en la Ifnea 0 en eI contacto nos indican su caracter triple. Si en una Ifnea hay dos conductores intercambiados entre sf, como en la que une las salidas de los contactores K2 y K3 de la figura anterior, se coloca sobre ella una pequefia aspa. Tenemos en la Fig. 2 el esquema unifilar correspondiente a la figura anterior.
A;lll'
A 1
I
U
3
Y
5
K
W
Un esquema unifilar no de be dejar ninguna duda respecto at circuito que representa. Por esta razon no es adecuado en circuitos de arranque estrella-triangulo o de otros sistemas de arranque. Lo utilizaremos directos. 70
AUTOMATISMOS
exclusivamente
Y CUAOROS
en arranques
ELECTRICOS
Fig. 3 -
Esquema de motor trifasico de arranque directo, conmutado por contactor.
UNlOAD
Deliberadamente destacamos en lfnea mas gruesa los conductores de alimentacion del motor. En primer lugar, pOl'que sus conductores son de mas seccion que los del circuito de la bobina del contactor. En segundo lugar, para resaltar la independencia entre el circuito del motor y el de la bobina.
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
3 x 400 V
L1-----1~----
L2-----1r--t----
L3---r--;-- •..... -
El de la figura es un esquema conjunto pOI'que agrupa en un solo bloque grafico, el circuito del motor y el ci rcu ito del contactor. En el esquema desarrollado separamos ambos circuitos, Los componentes del contactor (bobina y contactos) estan ahora distanciados, pero identificados por la misma letra (Fig. 4),
3 x 230
u
V
W K
v
LI ----_-----
-----+- .•.... --L3 -----+-+--....--
L2
Fig. 5 -
Esquema
desarrollado de circuito conmutado por contactor.
de motor
S f·y'
Con esta separaclOn obtenemos una vision mas precisa del funcionamiento del circuito. Los diversos dispositivos de sefializacion, asf como los contactos auxiliares de mando 0 de proteccion, figuraran en el esquema de mando, como veremos a continuacion.
AI
u
v
w K
3. Los dispositivos
Fig. 4 -
Esquema
desarrollado con arranque
de motor directo.
Cuando un motor trifasico (0 de cualquier otro tipo) alcanza una temperatura superior a su admisible, esta trabajando en sobrecarga.
trifasico
Si el mando del contactor se realiza por medio de una pareja de pulsadores, obtenemos el esquema desarrollado de la Fig. 5, El contacto de real imentacion NA (13 - 14) tambien se identifica por medio de la letra K, ya que pertenece a ese contactor. Obtenemos de una fase y del neutro de la red, la tension de 230 V para el activado de la bobina del contactor. De este modo, hemos obtenido dos esquemas diferenciados relativos al mismo circuito: • El relativo al motor y su alimentacion llamamos esquema principal. • El relativo llamaremos
a la red. Le
al activado del contactor. esquema de mando.
protectores.
Le
Mientras las circunstancias ambientales sean normales (temperatura, altitud, etc), ese sobrecalentamiento se debe a que consume mas intensidad que la nominal. Este estado se define como de sobreintensidad. En el circuito de alimentacion del motor, las sobreintensidades que pueden originarse son los cortocircuitos. Definidos como consecuencia de un contacto directo entre dos 0 las tres fases de alimentacion, 0 entre estas y tierra, pueden originarse en los propios devanados del motor, en su caja de bornas 0 en algun punto de sus conductores de alimentacion . Contra ambos tipos de sobreintensidades (sobrecargas y cortocircuitos) han de estar protegidos el motor y su circuito de alimentacion. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
71
UNlOAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
Respecto alas sobrecargas, la maxima a la que puede estar sometido un motor de modo permanente es la producida cuando esta alimentado a su tension nominal y el rotor inmovil, es decir, bloqueado. Se trata de una situacion anomala debida al bloqueo mecanico de la maquina arrastrada 0 un aumento excesivo del par resistente. En esas condiciones, la intensidad consumida tiene el valor de la de arranque la' Y sus devanados pueden deteriorarse en muy breve tiempo si no se produce una rapida desconexion. Otra anomalfa de la que hay que protegeI' a un motor trifasico es del funcionamiento a dos fases. Esta circunstancia puede ser debida a la difusion de un fusible, al corte de un conductor 0 a otras causas. En estas condiciones, el circuito magnetico del motor esta desequilibrado, por los devanados circulan corrientes anormales y hay una perdida de potencia. Si el motor Ilega a bloquearse, estamos ante una sobrecarga similar a la antedicha. En cualquier caso, el motor de be ser desconectado de la red rapidamente. Como dispositivos elementales de proteccion contra dichas sobreintensidades destacamos:
I
I
.--. ~ Cl)
~
N
...ro
..•ro
~
~
Cl)
Cl)
I
Caldeo
I
directo
Caldeo
indirecto
Fig. 6 - Detector de sobreintensidad bimetalica.
por lamina
Bloque de empuje
• El rele termico. • Los fusibles. 95
• El disyuntor. • Los detectores
de temperatura. ~ Laminas
4. El rele termico. El rele termico es un dispositivo de deteccion de sobrecargas basado en su efecto termico. El elemento detector es una lami na compuesta por dos metales soldados, cuyos coeficientes de dilatacion termica son distintos. Al ser recorrida por la intensidad a controlar, se produce un curvamiento hacia el lado opuesto al metal que mas se dilata. 19ual efecto se produce si la intensidad no la recorre, pero la calienta indirectamente (Fig. 6).
98 96
98
Desacti vado
Activado
I
3
5
95
97
2
4
6
96
98
I
96
m-"+--~ Fig. 7 - Activados de contactos de un rele termico. Sfmbolo.
Existen tres laminas, una por fase, que actuan sobre un bloque de empuje. Si hay una sobreintensidad en una de las laminas 0 en las tres simultaneamente, el bloque se desplaza y cambia de posicion ("activa") un par de contactos (Fig. 7).
El contacto NO (97 - 98) puede utilizarse con una lampara de sefializacion, cuyo encendido indica que ha habido una desconexion por sobrecarga (Fig. 8).
El contacto NC (95 - 96) se coloca en serie con la bobina del contactor y 10 desactiva, provocando la desconexion del motor de la red.
Designaremos en 10 sucesivo con las letras KM a los contactores que conmutan los motores, y al rele termico con la letra F.
72
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
UNlOAD
oloAcTICA
5: La proteccion
de motores
(I)
3 x 400 V
230 V LI
F 2
6
4
13
N KM
KM
F
" t,H Fig. 9 -
---~...-~~--'--'l98
Motor trifasico conmutado por contactor protegido por rele termico.
y
• Un interruptor para seleccionar el tipo de rearme: automatico 0 manual. En manual, se rearma con el pulsador anterior. ,Ell automatico, cuando se enfrfan las laminas. • Un pulsador prueba (Test), cuyo pulsado abre el contacto NC. Este mando, que puede no existir en algunos model os, sirve para verificar el COlTecto desactivado del contactor. • Un visor mecanico, testigo de la desconexi6n. (Fig. 10). Fig. 8 -
Conexi6n
del termico
y el contactor.
Representamos en la Fig. 9 el esquema desarrolIado de un motor trifasico de arranque directo. La conmutaci6n se realiza por contactor y la protecci6n, por rele termico. No se utiliza el contacto NA de este. Un rele termico dispone en su parte frontal de los siguientes dispositivos: • Una escala 0 dial para fijar la intensidad regimen del motor.
3
5
95
97
2
4
6
96
98
m"r~
de
• Un pulsador de rearme, para llevar los contactos a su posici6n de trabajo, tras una desconexi6n termica.
1
Fig. 10 -
Rele termico.
AUTOMATISMOS
Dispositivos
Y CUAOROS
frontales.
ELECTRICOS
73
UNlOAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
La escala del dial es regulable entre dos valores extremos que definen el calibre del rele termico. Recogemos en la Fig. 11 los mas usuales. KMI
I mm. .
0,10 0,16 0,25 0,40 0,63
Imax.
0,16 0,25 0,40 0,63
L
I
1,6
1,6
2,5
17/25
3x R
A
F
I .
2,5
4
5,5
7
9
12
17
I max.
4
6
8
10
13
18
25
I mm. .
23
30
37
48
55
63
80
mill.
11 kW /n = 21,3
I max. .
32
40
50
65
70
80
I
3
5
95
97
2
4
6
96
98
Fig. 11 -
Calibres
usuales
de los reles
15 kW 49,5 A
Fig. 12 -
n
L2 L3
con la nominal del motor, tienen arranque directo 0 el termico se regulara a Fig. 12).
Existe una grafica para cada rele termico, de la que obtenemos dicho tiempo en funci6n de la intensidad que 10 atraviesa. Esta intensidad se expresa en multiplos de la intensidad regulada Ir en el dial. La Y CUADROS
ELECTRICOS
termicos.
3 x 400 V
KM2
17/25
El tiempo de desconexi6n de un rele termico cuando detecta una sobreintensidad, depende de la magnitud de esta.
AUTOMATISMOS
de reles
LI
/-f3.
74
de eleccion
termicos.
Si el motor esta provisto de arranque estrellatriangulo, su posici6n habitual es la de la Fig. 13. En este caso, se regulara a una intensidad de valor I
Ejemplos
grafica de la Fig. 14 corresponde al rele "de tipo 10", obtenida en estado frlo, es decir, con motores sobrecargados desde el preciso momento del arranque.
Para escoger el calibre del rele termico para un motor trifasico, se procurara que la intensidad nominal que ha de atravesarlo se encuentre comprendida entre ambos valores. Si esa intensidad coincide como es el caso de los que progresivo con resistencias, dicho valor (ejemplos de la
A
93
m-"+~
48/65 A
-...
....
KM3
A
WI
W2
VI
V2
UI
U2
18.5
kW
35,1 A
Fig. 13 -
Eleccion
del rele termico en un motor arranque estrella-triangulo.
con
UNlOAD
Tiempo
DIDAcTICA
0,25 0,75
Pn (kW)
2h
5: La protecci6n
de motores
1,8
3
-l
9
(I)
Ih 20 min Ih
Tiempo en frfo (s)
15
12
9
8
5
5
Tiempo en caliente (s)
5
6
5
4
2.5
2.5
Po (kW)
11
18,5 30
45
55
Tiempo en frio (s)
15
15
15
16
17
Tiempo en caliente (s)
5
5
5
5
6
-l0 min
20 min 10 mill 6 mill -lmin
\
:lmin
\ '\.
Imin
'\.
40s
20s
10,
Fig. 15 -
6, 4,
Tiempos maximos admisibles en motores trifasicos de jaula, a rotor bloqueado. Tension: 400 V tetrapolares.
2s
Is I 1.2
1.5
5
6
8
10
15
x corrientc de aju~le (I r)
Fig. 14 -
Gratica
de desconexion
de un rele termico.
De la grafica deducimos que un consumo de valor 1,5 I, provoca una desconexi6n entre 1 y 2 minutos, uno de 4 I, entorno a 10 segundos. En estado "caliente", es decir, cuando tiene lugar una sobreintensidad estando el motor en marcha, los tiempos son menores. En los reles de tipo 20 y 30 los tiempos son mayores, y estan previstos para motores con arranques largos. Mostramos, a titulo orientativo, los valores segundos de los tiempos maximos admisibles para motores de jaula a 400 V con el rotor bloqueado, de un determinado fabricante. Dado que en estas condiciones el consumo es del orden de 5 In a 7 In' vemos que los termicos desconectan en tiempos inferiores (Fig. 15).
Con la salvedad citada del motor con arranque estrella-triangulo, el rele termico se regulara siempre. como maximo, a la intensidad nominal del motor. Si debido a la naturaleza de la maquina arrastrada, a la excesiva temperatura ambiente 0 a otras razones, el motor no debe rebasar cierta intensidad de modo permanente, se regulara el termico a ese valor. La practica totalidad de los reles termicos tambien activan sus contactos cuando exista fallo de una fase. En el esquema de la Fig. 16, el acti vado del contactor se realiza por medio de un interruptor de mando S. Hay sefializaci6n 6ptica (piloto H) de desconexi6n por sobrecarga.
5. Los fusibles. Los fusibles son dispositivos de protecci6n frente a sobreintensidades. Aplicados a la protecci6n de motores electricos, complementan la protecci6n que proporcionan los reles termicos. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
75
UNlOAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
3 x 690 V
3 x 400 V
I I I
3 fases
2 fases
230 V LI
Fig. I--v-S
F
en el circuito de un motor trifasico.
Una caracterfstica importante de un fusible es su ~orriente asig!1ada (antes Ilamada intensidad nominal). Se define como el valor de la corriente que le atraviesa, a partir del cual su fusi6n se producira en un tiempo mas 0 menos largo.
F
Esta corriente asignada es el valor que define el calibre de un fusible, y por el que se le identifica.
L2
KM
Fig.
17 - Cortocircuitos
16 - Rele termico con sefializaci6n por sobrecarga.
H
Los fusibles cilfndricos de la Fig. 18 tienen las dimensiones y valores indicados.
de desconexi6n
Efectivamente. A partir de la maxima intensidad previsible por sobrecarga del motor, (de ~Jn a 8 1), las intensidades superiores son originadas por cortocircuitos. El mas frecuente de estos cortocircuitos es el producido entre dos fases y puede originarse en el propio motor 0 en cualquier punto de su circuito de alimentaci6n. Ante las elevadas corrientes que se originan, peligran seriamente los conductores de alimentaci6n, los contactos del contactor, los dispositivos detectores del rele termico y todo elemento que resulte atravesado por ellas. Puede ocasionarse un cortocircuito entre las tres fases a consecuencia del seccionamiento de una manguera por un elemento cortante 0 por la acci6n del fuego (Fig. 17). 76
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Tamano f/JxL (mm)
I n (A)
10 x 38
2
4
6 10 16 20 25 32
14 x 51
2
4
6
10 16 20 25 32 40 50 1
22 x 58 16 20 25 32 40 50 80 100 Fig.
18 - Dimensiones y corrientes asignadas fusibles cilfndricos.
de
UNIDAD
Para corrientes mayores disponemos de los fusibles de cuchilla. Sus dimensiones geometricas se normalizan en base a su tall a, que se codifica desde 00 hasta 4 (Fig. 19). Todos los de la misma talla pueden acoplarse al mismo portafusibles.
DIDAcTICA
Pader de carte de un fusible.
00
6
10
16
20
25
32
160
0
6
10
16
20
25
32
160
16
20
25
50
63
80
250
• Rapidos. Tipo gI
32
50
63
80 lOO 125
400
• Lentos. Tipo aM.
3
315
400
500
630
4
630
800
1000
1200
Intensidades
rcui to
La grafica de fusion de un fusible nos proporciona el tiempo previsible de fusion de este, al ser atravesado por una sobreintensidad.
In (A)
Fig. 19 -
(I)
>100
50
Fig. 20 -
2
de motores
u
cortoci
Tall a
5: La protecci6n
naminales cuchilla.
de fusibles
Respecto al tipo de grafica, distinguimos dos grupos de fusibles: 0
gG.
En la Fig. 21 vemos los tiempos de fusion de ambos tipos, en funcion de los multiplos de su corriente asignada In' Se trata de una grafica orientativa, no aplicable a todos los tamafios.
de
AI ser atravesado por una corriente de cortocircuito,
el fusible se funde instantaneamente. Si esa intensidad es extremadamente elevada, la chi spa producida puede romper su estructura, proyectar al exterior metal fundido, etc. El pod er de corte de un fusible se define como la maxima intensidad de cortocircuito que puede cortar en perfectas condiciones. La mayor intensidad a que puede verse sometido un fusible es la resultante de un cortocircuito en sus mismas bornas de salida. Calculado 0 estimado ese valor, su poder de corte tendra un valor claramente superior. Reflejamos en la Fig. 20 los valores frecuentes del poder de corte de fusibles expresados en miles de amperios (kA). Los empleados en circuitos de motores tienen un poder de corte mfnimo de 50 kA.
~ t (s)
1000
~ '" (A) I (A)
100
10
aM
0,1
61n
Fig. 21 -
Grafica
AUTOMATISMOS
71n
In (A)
de fusion de un fusible.
Y CUADROS
ELECTRICOS
77
UNlOAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
De las curvas anteriores deducimos que un fusible no se funde al estar atravesado por la intensidad nominal y tiene tiempos largos de fusion frente a intensidades moderadas. El fusible adecuado para protegeI' el circuito de un motor es el de tipo aM. Para sobreintensidades moderadas, sera el rele termico quien controle la desconexion. A partir de unas sobreintensidades que podemos situar de 6 I a 10 I , sera el fusible quien " n desconecte.
En los dos ejemplos de la Fig. 23 hem os escogido los fusibles y el termico de acuerdo con el criterio citado. 3 x 230 V
FI
F2
FI
cp
12/18 A
100A.gl
l
KM F2
cp
37/50
A
tQ0
i ®
La corriente asignada del fusible sera siempre mayor que la nominal del motor. Dado que el fusible complementa la proteccion del rele termico, los fabricantes de estos ultimos proporcionan el calibre y el tipo del fusible aconsejable a colocar.
20A.aM
l
KM
i,Como se escogen los fusibles para el circuito de un motor?
3 x 400 V
uvw
uvw
4 kW I 15,7 A
22kW/41,7A
Mostramos estos valores en la Fig. 22.
~~"aF2. ~~ ~~
. .
Fusible Rele termico
(A)
aM
gG
0,10 - 0,16
0,25
2
0,16 - 0,25
0,5
2
0,25 - 0,4
I
2
0,4 - 0.63
I
2
0,63 - I
2
4
I - 1,6
2
4
1,6 - 2,5
4
6
2,5 - 4
6
10
8
16
5.5 - 8
12
20
7 - 10
12
20
9 - 13
16
25
4-6
12 - 18
20
35
17 - 25
25
50
23 - 32
40
30 - 40
Fig. 23 -
Ejemplos de selecci6n de rele lermico y fusibles.
Si un motor tiene previsto un arranque estrellatriangulo, se instalan fusibles cuya corriente asignada tenga el valor inmediatamente superior a la nominal de dicho motor, y preferentemente, del tipo aM. Se disponen siempre en el punto de arranque del circuito Fig. 24.
3 x 230
v I" = 36.8 A
KM2
WI
W2
63
VI
V2
40
100
UI
U2
37 - 50
63
100
48 - 65
63
100
---- ----
KM3
11 kW
Fig. 22 -
78
Calibres
AUTOMATISMOS
de fusibles lermicos.
asociados
Y CUADROS
ELECTRICOS
230/400 V 36,8121,3 A
a los reles
Fig. 24 -
Ejemplos de selecci6n
de lermico
y fusibles.
UNIDAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
Si los fusibles protegen el circuito de una carga resistiva, seran del tipo rapido gL Su calibre tendra valor inmediatamente superior a la intensidad nominal de la carga. Respecto a los portafusibles, a los fusibles, han de: • soportar adecuadamente
0
bases para alojar
las corrientes
de paso.
• permitir el recambio de fusibles fundidos interrumpir la tension de suministro.
SIn
Los actuales portafusibles cumplen ambas funciones, asumiendo, ademas, la de seccionamiento. Los portafusibles de laFig. 25 son de tipo abatible, para fusibles cilfndricos. Su apertura desconecta simultaneamente los tres fusibles, tanto de la toma de tension como del circuito de salida. Junto a ellos, el correspondiente sfmbolo.
I
3
5
111
\"~ 2
4
\
3
5
\
111
3
5
111
13
13 23
\--~--~--~--\ \--~--~--~--~--\ 'I 'I 'I 'I 'I 'I 14
6
Fig. 26 -
2
4
Portafusibles
14
2
6
4
24
6
simple y con contactos precorte.
de
Algunos fusibles cilfndricos y de cuchilla estan provistos de percutor de fusion. Este dispositivo hace sobresalir del fusible un pivote cilfndrico cuando este se funde. Su funcion es doble: • visualizar desde el exterior el estado del fusible. • actuar sobre un pequefio contacto que realice la funcion que se crea oportuna (alarma, desconexion, etc.) El fusible de cuchilla de la Fig. 27 esta fundido y tiene el percutor sobresalido. Se yen dos tipos de contactos acti vables por el percutor de cualq uiera de los fusibles.
\
3
5
\3
1 1 1 I 2
Fig. 25 -
Portafusibles
4
6
para fusibles
"'"~l~-\-\ ~
cilfndricos.
U_..L::__j 6
95
\3
3
1 I
Los de la Fig. 26 son portafusibles para el tipo de cuchilla. El accionamiento de la correspondiente empufiadura los desconecta de la entrada y de la salida.
""
~\~~\ 2
\8
5
1 1
\1l---r-~-------------~----_: L:
Estos portafusibles pueden estar provistos de uno o dos pequefios contactos, que se cierran y abren solidariamente con eJ circuito de los fusibles. Estos contactos, Ilamados de precorte, funcion que explicaremos mas adelante.
\
14
14
: 4
: (,
16
tienen la Fig. 27 -
Fusible con percutor. Portafusibles microcontactos de fusion.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELI~CTRICOS
con
79
UNlOAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
EJERCICIOS
Salvo que se indiquen otros datos especfficos, en todos los ejercicios que se proponen a continuaci6n se tendnin en cuenta los siguientes puntos: • Los motores son trifasicos de jaula. Sus datos fundamentales se encuentran en la Fig. 28 de la U.D.2.
3 x 230 V 230 V
KM
• La conmutaci6n de los motores se realiza por medio de contactores que trabajan en categorfa de empleo AC3. Pueden tener uno 0 dos contactos auxiliares. • La protecci6n frente a sobreintensidades realiza por medio de fusibles y rele termico.
se
• Deben dimensionarse adecuadamente los dispositivos de protecci6n y conmutaci6n. En estos ultimos deben estar aseguradas, como mini mo, tres millones de maniobras. • Deben realizarse los correspondientes esquemas principal y de mando. Si el arranque es directo puede efectuarse el primero en unifilar. Se proporcionan eJerclclOs.
resueltos
los dos primeros
uvw KM
Fig. 28 -
H
Motor trifasico con mando por pareja pulsadores.
2. Un motor de 4 kW tiene posibilidad ambos sentidos.
de
de girar en
Existen un pulsador de march a para cada velocidad y otro para el paro. Un piloto sefializa la existencia de una desconexi6n por sobrecarga. Tensiones.
1. Un motor de 2,2 kW esta conectado a una red de 230 V Y se controla por medio de un par de pulsadores. Habni un piloto de sefializaci6n motor.
Mando: 230 V Solucion: El esquema de la Fig. 29 responde al enunciado.
Solucion:
Intensidad nominal: 1n= 9,1 A
El esquema de la Fig. 28 responde al enunciado.
Contactores KMl y KM2 q K 12 mente 3 millones de maniobras)
Intensidad
Rele termico
q
7 / 10 A
Fusibles
q
3 x 12 A . aM
nominal a 230 V 1= n
q
Contactor KM
80
de "marcha" del
Red: 400 V
-f3 . 5,1
= 8,82 A
K12 (aproximadamente 3 millones de maniobras)
Rele termico
q
7/10A
Fusibles
q
3 . 12 A . aM
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
(practica-
ELECTRICOS
3. Dos motores de 5,5 kW estan controlados cada uno por su propio pulsador de marcha. Un pulsador unico detiene a ambos. Si uno de ellos se para por sobrecarga, tambien debe pararse el otro, y un piloto debe sefializar cual de ellos sufri6 la sobrecarga. Tensi6n de red: 230 V. Tensi6n de mando: 133 V.
UNlOAD
oloAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
• Un motor de 3 kW 3 x 400 V
1=-
L1
95 97 F2.h _______________________________________ 96
Un unico piloto de seiializacion cargas estan conectadas.
KMl
F2
S2
®w
tiene sU propio mando por pareja de Si el motor esta desconectado por las resistencias no podran conectarse.
98
11
r
Cada carga pulsadores. sobrecarga,
230 V
indica que ambas
Tension de red: 230 V. Tension de mando: 230 V.cc.
t-7.
Dos motores iguales M I Y M2 de 5 ,5 kW estan conectados a una red de 230 V
N KMI
3-
El Ml solamente gira en un sentido y el M2 en los dos. Cuando arranca y para el M 1, el M2 tambien 10 hace en un sentido de giro. Para el otro sentido de giro, el M2 tiene su propio mando.
H
KM2
Fig. 29 - Motor trifasico con dos sentidos de giro. 4.
Un motor de 11 kW esta provisto de arranque por resistencias estatoricas en una unica etapa intermedia. Existen
tres pulsadores: 8.
Marcha. Eliminacion
que las resistencias
y su
Disponemos de dos motores a una red de 690 V
Un motor de 7,5 kW esta provisto estrella-triangulo. Existen
M I Y M2 conectados
nominales
estan
Tension de red: 400 V Tension de mando: 24 Vcc.
son:
9kW 400/690 V Ml
= 0,86
Rend.
de arranque
cos
tres pulsadores:
Marcha
estrella.
Marcha
triangulo.
15 kW 400/690 V M2
Paro.
Rend.
Existen
dos pilotos
Marcha
de sefializacion:
por sobrecarga.
Tension de red: 230 V Tension de mando: 230 Vcc. A una red trifasica • Un bloque
= 0,90
cos
en triangulo.
Desconexion
Datos
El mando se realiza por medio de pulsadores, tension es de 48 V en corriente alterna.
Sus caracterfsticas
Un piloto sefializa in tercaladas.
6.
base se
de las resistencias.
Paro.
5.
Los fusibles estan colocados en una seccionable, y cuando se desconectan, desactivan los correspondientes contactores.
trifasico
estan conectados: de resistencias.
de cada una: 2 kW I 230 V
El Ml tiene un sentido de giro y el M2 tiene dos. Si el Ml esta en marcha, el M2 se parara 0 no podra arrancar en uno de )os sentidos de giro. El control se realiza por pu)sadores. Existen pilotos de sefializacion a 48 V . cia, para indicar la desconexion por sobrecarga. La tension de activado de )os contactores es 400 V
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
81
UNIDAD
DIDAcTICA
5: La protecci6n
de motores
(I)
9. Un motor de 15 kW esta conmutado por medio de un contactor de retencion magnetica. Un bloque de tres resistencias de 3 kW / 230 V cada una, esta conmutado por un contactor normal. Si el motor no esta en marcha, conectarse las resistencias.
Existen tres pulsadores: SI - paro. S2 - march a en estrella.
no pueden
S3 - marcha en triangulo.
Existe un piloto de sefializacion de la desconexion por sobrecarga del motor y otro de fusion de fusibles en el circuito de las resistencias.
La desconexion del motor ha de ser total (todas sus bornas deben quedar sin tension), por pulsado de paro 0 por sobrecarga.
Tension de red: 230 V. Tension de mando: 230 V.
Esto ha de verificarse como en triangulo.
10. Un motor de 22 kW esta provisto de arranque estrella-triangulo,
en red a 230 V.
tanto en conexion estrella
Tension de mando: 230 V.
El contactor de estrella KM3 tiene un bloque de retencion mecanica.
ACTIVIDADES
1. Se realizaran esquemas de circuitos elementales de motores: arranque directo, arranque e inversion, etc. En todos los casos, se confeccionaran esquemas principal y de mando, separados. 2.
los
Se examinaran diversos tipos de reles termicos, anotando los datos de sus placas de caracterfsticas.
En este caso y en el anterior, se utilizara el contacto NA del termico para conectar un piloto de sefializacion. 5. Se revisaran los diversos tipos y tamafios de fusibles de que se disponga, anotando sus datos caracterfsticos. Se hara 10 mismo con sus correspondientes seccionables.
Se estudiaran los catalogos de diversos fabricantes de reles termicos, anotando las variantes, datos especfficos, etc. 6. 3. Se comprobara la desconexion termica de un motor pequefio, sometiendolo a sobrecarga 0 a bloqueo del rotor. Se verificaran los resultados a diversos valores de la intensidad de reglaje. 4. Se realizara el ensayo anterior, en un motor provisto de arranque estrella-triangulo.
82
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
bases
Se verificara el estado (correcto 0 fundido) de diversos fusibles. Podra utilizarse, para ello, un medidor de continuidad 0 una lampara serie a tension de red.
7. Se anotaran las caracterlsticas de los fusibles, partir de los catalogos de diversos fabricantes.
a
UNI A
DJ
A
La proteccion de Motores (11) Sumario I. El disyuntor. 2. Protecci6n
de los conductores.
3. Los detectores Ejercicios
de temperatura.
y Actividades
Al termino de esta Unidad Didactica, • • • •
el alumno
0
la alumna seran capaces
de:
Seleccionar correctamente los disyuntores de protecci6n de motores. Representar adecuadamente los dispositivos complementarios de un disyuntor. Escoger adecuadamente los conductores de alimentaci6n a un motor. Prever las limitaciones termicas que afectan a los motores trifasicos. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
83
UNIDAD
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
que actuan ambos sobre el sistema de desconexi6n. Su sfmbolo grafico expresa ambas funciones (Fig. 2).
1. El disyuntor. El disyuntor es un interruptor desconecta el motor de la red:
automatico
que
• Manualmente. • Cuando esta sometido a una sobrecarga. • Cuando se produce un cortocircuito de alimentaci6n.
La intensidad nominal 0 corriente asignada de un disyuntor para motor se proporciona en forma de un par de valores (mlnimo y maximo) entre los que se realiza el reglaje.
en su Ifnea
Este dispositivo agrupa, inicialmente, las funciones del i.nterruptor, del rele termico y de los fusibles en un solo bloque.
En condiciones norm ales de funcionamiento del motor, el valor regulado se hace coincidir con el de la intensidad nominal del motor.
El mando manual del disyuntor varfa segun las marcas y model os. La pareja de pulsadores frontales (on-off) y la man eta giratoria son los sistemas mas usuales (Fig. 1).
Los valores de este par de intensidades son los mismos que en los correspondientes reles termicos.
El dispositivo tl:~rmico actua en diversos tiempos, segun la magnitud de la sobrecarga.
El dispositivo electromagnetico desconecta instantaneamente cuando la intensidad rebasa un cierto valor. Ese valor suele ser del orden de lOa 14 veces el maximo de la regulaci6n termica.
Fig.
1 - Disyuntores
tripolares
para motor.
Para cad a una de las tres fases, el disyuntor posee unos dispositivos detectores: • Termicos,
± 20 %.
frente a sobrecargas.
• Electromagneticos,
IlL I
Los valores de la Fig. 3 pertenecen a una serie de disyuntores de pequefio calibre. La intensidad de desconexi6n magnetica ad mite una tolerancia de hasta
3/L2
frente a cortocircuitos.
5/L3
tit
Al igual que los reles termicos, los disyuntores tienen una grafica de desconexi6n intensidad/ tiempo. En la grafica existe una estrecha zona de tolerancia en la que se encuentran los tiempos mlnimo y maximo de desconexi6n (Fig. 4).
~-------------------
Por ejemplo, una sobrecarga de valor 4 . I" provocara la desconexi6n en un tiempo mlnimo de 10 segundos. I>
2/T I
I>
4/T2
I>
En disyuntores del tipo "mas lento", la desconexi6n electromagnetica se produce para intensidades del orden de 20 . I, Y de 30· I" siendo I, el valor maximo de la regulaci6n termica.
6/T3
Fig. 2 - Disyuntores tripolares para motor. Simbolo.
84
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
UNIDAD
6: La protecci6n de motores (11)
DIDAcTICA
~
S
"c: 6
E CAT 14OM-K5F-016 •
{..•
SERA
,....
••••
1:.. 'I' ••.••
,~
e
~
0 '0
10
c:
" "
0lJ
Desconexion termica
Desconexion electromagnetica Id (±15%)
I min..
I max. .
0,25
0,40
8
0,40
0,63
l3
0,63
I
22
I
1,6
33
1,6
2,5
51
~ 0 '0
c:
" ~ 0lJ
100
E 10
I,
21 ,
Fig. 4 -
Grafica
4
78
4
6,3
138
6
10
200
9
14
280
13
18
400
17
23
430
23
31
496
30
40
640
! ! ! W------------------
38
52
832
Q
48
65
1040
56
72
1152
L2
Intensidades
de una serie para motor.
30
de un disyuntor
I
5\3 14
j----
I>
Fig. 3 -
L3
20
lOl,
de desconexi6n para motor.
2,5
LI
14
41 , 6/,
I>
I>
de disyuntores
Un disyuntor para motor se asocia siempre a un contactor, que realiza las conexiones y desconexiones de las maniobras normales. Cuando un disyuntor desconecta el motor por sobreintensidad, es importante que tambien se desactive el contactor.
u
v
w
Para realizar esta funcion, los disyuntores tienen un contacto auxiliar que se dispone segun la (Fig. 5). Puede provocarse "a distancia" la desconexion de un disyuntor, acoplandole lateralmente un dispositivo para ello. Dicho dispositivo 0 disparador admite dos variantes: • A minima tension. Provoca la desconexion cuando en su bobina no hay tension, 0 disminuye desde un cierto valor.
Fig. 5 -
Asociaci6n
AUTOMATISMOS
disyuntor-contactor.
Y CUADROS
ELECTRICOS
85
UNIDAD
DIDAcTICA
• A emision nexion
6: La protecci6n
de motores
de corriente.
cuando
La Fig. 6 refleja cada funcion.
(11)
Provoca la descohay tension.
en su bobina su disposicion
y los sfmbolos
A minima
de
tension
DJ
$ D2
El disparador de mfnima tension resulta especialmente interesante, porque tambien puede provocar la desconexion del disyuntor cuando hay un corte en su tension de alimentacion. En la disposicion de la Fig. 8, la desconexion se produce por dicho fallo de tension 0 por la apertura manual 0 automatica del contacto S. El disyuntor esta provisto de un par de contactos auxiliares normalmente abiertos. El cierre de estos se produce antes que el de los contactos principales, a fin de que el propio dispositivo disparador no impida la conexion del disyuntor.
LI
A emision de corriente
L2
L3
El
F
$
3
13
tip-----
E2
Fig. 6 - Disparadores
5
14
,------
de disyuntor.
AI disyuntor de la Fig. 7 se le ha acoplado un disparador a emision de corriente. El pulsado de S provoca la desconexion.
I>
I>
I>
2
4
6
DI
3
5
Fig. 8 - Conexion del disparador de minima tension de un disyuntor. I>
J>
11
I>
K
6
~'
246 S
EE--\
U
~11l
Fig. 7 - Disyuntor con disparador a emision de corriente. 86
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
La tension nominal de los disparadores tiene los mismos valores que las nominales de lfnea. Si se disponen alimentados de la red del motor, hay que escogerlos con igual tension que esta, es decir, de 230 V, de 400 V, etc. Del mismo modo que se ha acoplado lateralmente al disyuntor un bloque disparador, se puede acoplar un bloque de contactos auxiliares (NA + NC) que se activan a la vez que los principales.
UNIDAD
De este modo, la desconexion se producira antes de que exista un deterioro de los conductores (Fig. 10).
2. Proteccion de los conductores. Los conductores de alimentacion de los motores tambien deben protegerse frente alas diversas sobreintensidades, ya sean generadas por el propio motor (sobrecargas), ya sean originadas en puntos diversos del circuito (cortocircuitos).
Tiempo
m--
6 min
La proteccion frente a cortocircuitos cabo el disyuntor 0 los fusibles. La nipida estos impide cualquier tipo de deterioro.
la lleva a accion de
La proteccion frente a sobrecargas la realizan el rele termico 0 los dispositivos termicos del disyuntor. La condicion exigible a estos es que realicen la desconexion antes de que una sobrecarga dure 10 bastante como para estropear los conductores.
I min
10 s 5 s
conductor
termico Is
una que
10
A tItulo de ejemplo, la Fig. 9 refleja dichos valores para una manguera trifasica de cobre de 3 x 1,5 mm" con aislamiento de PVC y alojada en un tubo protector. Soporta sin deterioro una intensidad de 40 A durante unos 5 segundos, de 30 A durante unos 8 segundos, etc.
Fig. 10 -
Los fabricantes de conductores proporcionan grafica en la que se reflejan los tiempos maximos estos soportan diversas intensidades.
6: La prolecci6n de molores (11)
DIDAcTICA
20
30
40
50
Intensidad (A)
Graficas conjuntas
termico-conductor.
Los conductores a los que nos referiremos a continuacion son exclusivamente de cobre recubierto por un aislamiento. Un valor
tensidad
fundamental
de un conductor
es su in-
maxima admisible.
La definimos como la maxima que puede soportar en regimen permanente a una temperatura ambiente
Tiempo
de 40° C. 6 min
La intensidad maxima anterior es de lOA.
I min
admisible
de la manguera
El valor de dicha intensidad para conductores alimentacion de un motor trifasico depende de:
10 s
de
5 s
• Su seccion
• La naturaleza de su aislamiento minal de este.
I s
10
Fig. 9 -
nominal.
20
30
40
50
Intensidad (A)
Grafica intensidad maxima-tiempo de una manguera trifasica de 3 x 1,5 mm2.
• Su sistema
y la tension
no-
de instalacion.
• La temperatura
ambiente.
La tension nominal del aislamiento la definimos como la maxima tension de red para la que los conductores trabajan en perfectas condiciones.
Si superponemos esta grafica y la de desconexion del dispositivo termico empleado, esta ultima ha de quedar por debajo de la otra. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
87
UNlOAD
6: La protecci6n
DIDAcTICA
de motores (11)
Para un mismo material de recubrimiento, grosor, mayor tensi6n de aislamiento.
a mayor Amperios
La Fig. 11 recoge los valores de las intensidades maximas admisibles de conductores de cobre, aislados con PVC 0 go ma, y con una tensi6n de aislamiento de hasta 750 V. Es valida, pues, para tensiones inferiores. En ella distinguimos conductores:
(j)
los sistemas de instalaci6n de
• Agrupados en manguera (al aire y en tubo).
Amperios Sueltos en tubo
(mm2)
(i)
1,5
11
12
10
2,5
15
17
14
4
20
23
19
6
26
29
24 34
54
44
25
36 48 64
40 71
59
35
78
72
50
95 120
88 105 120
lOO
70
~
1,5
20
18
2,5
27
4 6
36 47
23 31 4]
10
64
57
16
86 1]4
76 101
141
35 50 70
En tubo
(j)
10 16
~
25
Manguera Al aire
(i)
S (mm2)
• Sueltos dentro de tubo protector.
S
En tubo
Al aire
124 151
171 218
192
(i)
~
Fig. 12 -
Intensidades maximas admisibles en conductores de cobre, con diversos aislamientos de hasta 750 V. Temperatura ambiente: 40 QC.
• Idem, en tubo protector: Ima
=
34 A
• con otro tipo de aislamiento,
al aire:
I 1113 = 64 A
85
• Idem, en tubo protector: I mu = 57 A
Fig. 11 -
Intensidades maximas admisibles en conductores de cobre, con aislamiento de PVC 0 goma de hasta 750 V. Temperatura ambiente: 40 QC.
A los valores de las dos tablas anteriores hay que aplicarles un factor de correcci6n, si la temperatura ambiente es diferente de 40 QC. Multiplicandolas por dicho factor, obtenemos las intensidades corregidas (Fig. 13).
Si el material del aislamiento es de otra naturaleza (etileno-propileno, polietileno reticulado, etc.), los valores correspondientes se indican en la Fig. 12. Si nos preguntan, por ejemplo, la intensidad maxima admisible de lIna manguera trifasica de cobre de 3 x 10 mm2, la respuesta es: • con aislamiento de PVC instalada al aire:
0
goma de hasta 750 V
(i) Tipo de aislamiento
88
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
°C
10
15
20
25
30
35
PVC-goma
1,57
1,49
1,40
1,30
1,22
Olros
1,30
1,28
1,21
1,16
1,11
Fig. 13 I l11a = 40 A
Temperatura
Coeficientes conductores
40
45
50
1,13
0.87
0,71
1,06
0,94
0,89
de correcci6n por temperatura en con aislamiento de hasta 750 V.
UNIDAD
6: La protecci6n de molores (11)
DIDAcTICA
Si la manguera anterior tiene aislamiento de PVC de hasta 750 V, Yesta instalada al aire en un ambiente a 50 QC,su intensidad maxima admisible es de: ~
S
f ma =40·0,71=28,4A
(mm2)
Si dentro del mismo tubo protector se alojan lineas independientes para dos motores trifasicos (6 conductores) 0 para mas de dos (9 6 mas conductores) se aplica un nuevo factor de correcci6n a la intensidad maxima admisible de estos: • de 0,90 para 6 conductores. • de 0,70 para una cifra superior
Ejemplo. Dentro de un tubo protector se alojan 2 lineas trifasicas para sus respectivos motores. Los 2 2 conductores son de 6 mm y de 16 mm respectivamente. Su aislamiento es de polietileno reticulado para 750 V.
~ 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95
Fig. 14 -
~ Manguera
En tubo
al aire
(V)
(R)
(X)
(V)
(R)
(X)
PVC
Goma
PE
PVC
Goma
PE
13 18 24 30 42 57 77 92 116 148 188
14 20 27 35 49 65 88 108 132 172 216
14 21 28 37 51 69 96 116
15 21 28 36 50 65 87 105 130 165 205
17 24 32 41 57 75 100 120 150 190 235
17 25 34 44 61 82 110 135 165 210 260
144
184 228
Intensidades maximas admisibles en conductores de cobre, con aislamiento para 1.000 V. Temperatura ambiente: 40 QC.
Hallar la intensidad maxima admisible de cada linea. Temperatura ambiente: 35 QC. Solucion. Linea de 6 mm2
c:>
fma = 41 . 1,06·0,9
= 39,11 A
Linea de 16 mm2
c:>
fma = 76·1,06·0,9
= 72,50 A
Existen circunstancias ambienta]es en ]as que se exige que los conductores tengan un aislamiento para 1.000 V. Las intensidades maximas admisibles de estos conductores tienen otros va]ores diferentes que los de las tablas anteriores. Los recogemos en la Fig. 14 para los tres materiales mas frecuentes de aislamiento. Si la manguera para 1.000 V esta alojada en un tubo protector, se multi plica por 0,8 la cifra de la tabla.
Temperatura QC
Tipo de aislamiento
10
15
20
25
30
35
40
45
50
PVC
1,38
1,26
1,23
1,18
1,12
1,06
1,00
0,93
0,86
Goma
1,30
1,25
1,20
1,15
1,11
1,05
1,00
0,94
0,88
PE
1,28
1,22
1,18
1,14
I, I 0 1,05
1,00
0,95
0,90
Fig. 15 -
Factor de correci6n por temperatura de los conductores con aislamiento para 1.000 V.
- aislamiento
- alojada en un tubo. - a temperatura
Los conductores con aislamiento para 1.000 V tienen el factor de correcci6n por temperatura de la (Fig. 15).
de PVC para 1.000 V.
ambiente de 25 QC.
Solucion. fma = 50·0,8·1,18
= 47,2 A
Ejemplo. Hallar ]a intensidad manguera: -de3xlOmm2
maxima
admisible
de una
(,C6mo se escogen los conductores alimentaci6n a un motor trifasico?
de la linea de
La intensidad nominal del motor es el dato decisivo para la elecci6n de dichos conductores. Debido al AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
89
UNlOAD
6: La protecci6n
DIDAcTICA
de motores
(11)
calentamiento suplementario que pueden ocasionar los arranques mas 0 menos frecuentes, la intensidad a considerar es la nominal multiplicada por el factor 1,25. Los conductores escogidos tendnin una intensidad maxima admisible cuyo valor sea el inmediatamente superior a 1,25 In'
Si nos exigen que dicha cafda no sobrepase, por ejemplo, el 2 % de la tension nominal, hay que realizar la correspondiente verificacion. Si en el ejemplo anterior, la longitud de Ifnea entre el cuadro y el motor es de 36 metros, la cafda sera: P·L 56. U· S
C =---t
22.000·36 -----=2,20 56·400· 16
V
Ejemplo. Hallar los conductores de la linea de alimentacion a un motor trifasico de 22 kW, a 400 V Y arranque directo. Senin de aislamiento con PVC para 500 V, Y estaran sueltos alojados en tubo. Temperatura ambiente = 30°C. Solucion. /n=41,7 1,25
'Illa
3. Los detectores de temperatura. Los sobrecalentamientos son la causa principal del deterioro de los motores electricos.
A
'n = 52,12
seccion inicial
El 20 % de 400 V es 8 Voltios. Por 10 tanto, la seccion de 3 x 16 mm2 es adecuada.
A c::>
3 x 25 mm2
= 64 . 1,22 = 78,08 A> 52,12 A
La seccion de 3 x 16 mm2 tambien puede servir:
Todo motor electrico genera una cierta cantidad de calor debida al efecto Joule, y alcanza, por ello, tem peraturas di versas. Por esta razon, Ia practica totalidad de ellos dispone de algun sistema de refrigeracion. El mas usual es el de ventilacion por aire. La Norma lnternacional C.E.I. 34-6 recoge las variantes de dicho sistema (Fig. 17).
J Illa = 48 . 1,22 = 58,56 A
Si se desea verificar la caida de tension en la Ifnea que va hasta el motor, puede aplicarse la expresion de la Fig. 16. Con esta expresion obtenemos la cafda entre el cuadro de conmutacion y proteccion y las bornas del motor a plena carga.
ICOI
IC410
.
Motor abierto autoventilado. Yentilador montado en el eje.
Mo'o, "",do ref"g,,,,'6, P" la superficie por convecci6n natural y radiaci6n. No hay ventilador
I'
' .
.L-C.
. f!"--' J----:J 1·3-
.•..
I
g'S
I
_____
,
I
. externo.
.
.
Cuadro
u-y--
C= t
P·L
IC411
56 ·V·S
Motor cerrado. Cascasa ventilada lisa 0 con aletas. Yentilador externo, montado en el eje.
F~
~
M"" ,,,,,do. C""," ""'".- ~ da Iisa con aletas.
.
0
IC416A p (W)
1
I.
3 x S (mm2) ,?fp' L(m)
_B P
Fig. 16 - Cafda de tension en el circuito de un motor trifasico. 90
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Yentilador motorizado aXIal (A), sumlnlstrado maquina.
externa con la
.~ .
Mo,",",,,do. "n''" "'"'".-~ da lisa con aletas. 0
IC416R
Yentilador motorizado radial (R), suministrado maquina.
externa con la
_
., I
~ -
Fig. 17 - Sistema de ventilacion de motores por aire.
UNIDAD
En ]os motores de tamano pequeno 0 mediano, el sistema IC 411 es el mas usual: carcasa cerrada, con aletas y ventilador en un extremo del eje. De una escasa eficacia de ]a refrigeraci6n, depende que !legue a degradarse por calor e] barniz de los devanados del motor. Esta es la consecuencia ultima y definitiva de una excesiva temperatura. Y obliga al rebobinado del motor 0 a desecharlo definitivamente. i,Que temperatura soportan los devanados? La norma C.E.I. 34-1 fija los sobrecalentamientos maximos y las temperaturas Ifmites alcanzables en ellos, en funci6n de ]a "clase" de aislamiento que recubre e] cobre (Fig. 18).
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
mientos. Efectivamente, un motor con ais]amiento de devanados de clase F tiene fijada su intensidad nomina] (y por ello, su potencia) en base a que el calentamiento producido no supere los ]05 qc. Esto quiere decir que e] motor puede trabajar a mas potencia en temperaturas ambientales bajas y, 10 que es mucho mas importante, no puede trabajar a su potencia e intensidad nominales, a temperaturas elevadas. Por tanto, resulta que ]os dispositivos de protecci6n termica no protegen adecuadamente a] motor si estan regulados a la intensidad nominal. En tal circunstancia, se recurre a controlar directamente la temperatura de los devanados mediante los detectores adecuados. Dichos detectores 0 "sondas termicas" son unas pequenas pasti]las que se introducen entre los devanados, cuya resistencia aumenta rapidamente cuando la temperatura supera ciertos ifmites (entre 85°C y 160 QC).
Aislamiento
Calentamiento
clase B
80"C
12SOC
clase F
105°C
155°C
c1aseH
125°C
18SOC
tmax.COc)
Su nombre tecnico es el de termistancias PTC, se intercalan tres de ellas entre los devanados y se conectan en serie. Sus extremos T1 y T2 se hacen !legar a la caja de born as del motor (Fig. 19).
Fig. 18 - Calentamiento y temperatura maximos de un motor trifasico.
No han de confundirse ambos conceptos. La segunda columna refleja la temperatura Ifmite que puede alcanzar el cobre de los devanados de modo permanente. La primera columna indica el ca]entamiento maxima, es decir, la maxima diferencia entre la temperatura de los devanados a motor parado y a motor en marcha, en el ambiente donde esta situado. Un motor con aislamiento de clase F puede sufrir un calentamiento excesi vo, por ejemplo de 130°, Y no peligrar en absoluto. Motivo: su ambiente esta permanentemente a 20°C, Y ese calentamiento representa una temperatura de devanados de I] 0 QC, sobradamente inferior allfmite de ] 55°C. Los dispositivos de protecci6n termica citados anteriormente protegen el motor frente a calenta-
Fig. 19 - Sondas termicas en un motor trifasico. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
91
UNIDAD
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
Las bornas T I YT2 se hacen llegar a un amplificador-regulador en el que se gradua la temperatura Ifmite. Alcanzada esta, se acti van dos contactos NC y NO 0 un contacto de 3 bornas (Fig. 20).
-
•••••
,(l4t •• 4; ~
'4P Ai",,:'-
AlkJi-Br;;dJlY
(.,\f
~. . ~x A
l:Itl~A'
.
!
.,If
noy 2A AI
1--230 v AI
@ Fig. 20 -
i i
230 v AI
A2
I
T 1 ... -<. .. ,-0
A2
T21 13
11
i
L
21
.
114
TI
TI 22
T2
T2
14
Amplificador-Regulador
14
KM
12
de sondas termicas.
Fig. 21 -
H
Equipo detector de un motor trifasico.
Los contactos del regulador pueden activar una alarma 6ptica 0 acustica y des co nectar el motor de la red, como en el circuito de la Fig. 21. N6tese que, en el circuito, los contactos se representan en posici6n de activado. Ello se debe a que esta es su posici6n con el regulador sin tensi6n en AI-A2. Con tensi6n y baja temperatura, cambian. Con tensi6n y excesiva temperatura, se activan y quedan como en la figura, es decir, desconectan el contactor. Sefialamos por ultimo, la disminuci6n de la potencia e intensidad nominales que hay que considerar en un motor trifasico, debida a la temperatura y a la altitud. Esta ultima tiene su origen en una menor capacidad del aire, debido a su men or densidad. Los fabricantes garantizan los valores de la potencia nominal de sus motores: • A una temperatura
ambiente entre 16°C Y 40°C.
• A altitud inferior a 1.000 metros. Para temperaturas y altitudes superiores se proporcionan unas graficas indicativas de la variaci6n conjunta, como en la (Fig. 22).
92
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Fig. 22 -
Disminuci6n de la potencia nominal de un motor trifasico con la temperatura ambiente y la altitud.
UNIDAD
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
Ejemplo. Un motor trifasico de 9 kW, e intensidad nominal en ambientes que pueden alcanzar temperaturas de 60°C, vera reducida su potencia nominal al valor: In = 18,4 A a 400 V. Si va a funcionar
P'n = 0,77 . 9 = 6,93 kW y su intensidad nominal a: /'n=O,77·
18,4= 14,16A
Los dispositivos de protecci6n termica (disyuntor rele) deben regularse a esta nueva intensidad.
0
Si la altitud es mayor de 1.000 metros, la reducci6n es mayor.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
93
UNIDAD
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
EJERCICIOS
Con el motor en marcha, esta el contacto Q (12-14) cerrado y el Q (21-22) abierto. Una desconexion termica los cambia y el Q (12-14) se cierra, desbloqueando el contactor KM 1 Ypara el motor. Eleccion de los conductores:
Salvo que se indiquen otros datos especfficos, en todos los ejercicios que se proponen a continuacion se tendnin en cuenta los siguientes puntos: • Los motores son trifasicos de jaula. Sus datos fundamentales se encuentran en la Fig. 28 de la U.D. 2.
=35,IA
'n
• La conmutacion se realiza por medio de contactores que trabajan en categorfa de empleo AC3. Pueden tener uno 0 dos contactos auxiliares.
1,25
seccion inicial fma
• La proteccion frente a sobreintensidades se realiza por medio de fusibles y rele termico.
resuelto el primer ejercicio.
Longitud de linea: 26 metros. Soluci6n. Los esquemas de mando y principal de la Fig. 23 responden al enunciado.
94
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
S = 3 x 16 mm2
A > 43,87 A
18.500 ---·26 0,89 56·400·
= 1,50 V
16
=8V
1,50 V < 8 V seccion definitiva: 3 x 16 mm2 Disyuntor
q
Contactor
q
Tripolar x 30/40 A Tripolar x
'e (AC3) = 50 A (K50)
2. Un motor trifasico de 4 kW en red a 230 V, esta protegido por medio de un disyuntor. Tiene dos sentidos de giro, y la conmutacion se realiza con contactores de retencion magnetica de bobinas a 230 V.
1. Un motor de 18,5 kW en red a 400 V esta protegido por un disyuntor. Tiene un unico sentido de giro y su contactor esta provisto de un bloque de retencion mecanica. Cuando hay una desconexion por sobrecarga, el contactor debe desactivarse. Hay un piloto de sefializacion de marcha del motor. Tension de activado del contactor: 230 V. Tension del bloque de retencion y del piloto: 24 V en c.a.
q
2 % de 400 V
• Deben realizase los correspondientes esquemas principales y de mando. Si el arranque es directo, puede efectuarse el primero en unifilar.
Se proporciona
= 48
P·L Cl =-5-6-. -U-.-S-
• Deben dimensionarse adecuadamente los dispositivos de proteccion y conmutacion. En estos ultimos deben estar aseguradas, como mfnimo, tres millones de maniobras.
• Deben escogerse adecuadamente los conductores, que seran sueltos, con aislamiento de PVC para 750 V Y bajo tubo, para t = 40°C. La cafda maxima de tension entre el motor y el cuadro de conmutacion y proteccion sera del 2 %.
'n = 43,87 A
Existe un piloto de sefializacion cada sentido de giro.
a 48 Vcc, para
Cuando hay una desconexion por sobrecarga, contactores deben desacti varse.
los
Longitud de linea: 16 metros. 3.
Un motor trifasico de 30 kW en red a 400 V, tiene un dispositivo de temperatura, que actua sobre un piloto de sefializacion de marcha en cada uno de ellos. Tension de mando: 230 V. Longitud de Ifnea: 55 metros. Temperatura ambiente: 50°C. Los conductores tienen aislamiento de PVC para 1.000 V Y se alojan en un tubo protector.
UNIDAD
LJ
L2
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores
(11)
L3
230 V 24 V
N
LI 24 V
I>
I>
I> 6
KM
Fig. 23 -
4. Un motor devanados datos:
H
Motor trifasico de arranque directo.
trifasico de dos velocidades y independientes tiene los siguientes 6,6/9 kW
5. A una red de 230 V estan conectados un motor trifasico de 7,5 kW con dos sentidos de giro y un bloque de 3 resistencias monofasicas de 4 kW /230 V cada una. Las resistencias solo pueden conectarse cuando el motor gira en uno de los sentidos, y pueden desconectarse cuando se quiera. La desconexion de los fusibles debe desactivar los contactores.
17/23 A 725/965 r.p.m en red a 400 V.
Hay un piloto indicador de resistencias conectadas.
Para cada velocidad existen los correspondientes elementos de mando y conmutacion. El control se realiza por pulsadores:
Longitud de Iineas: al motor 18 metros y al grupo de resistencias 20 metros.
S 1 - parada S2 - velocidad
baja
S3 - velocidad
alta
Para pasar de una velocidad parar previamente.
K
a otra, hay que
Los conductores al motor y alas resistencias van dentro del mismo tubo protector. Temperatura ambiente: 30°C. 6.
Un motor de 15 kW esta provisto de arranque estrella-triangulo, en una red de 230 V. Esta protegido por un disyuntor con un bloque disparador de minima tension.
Hay tres pilotos de senalizacion: uno de marcha para cada velocidad y otro para desconexion termica.
La conmutacion se realiza por contactores con retencion magnetica.
Tension de mando: 230 V.
La desconexion por sobrecarga desacti vado de los contactores.
Longitud
medio
de
provoca
el
de linea: 29 metros. Existen tres pulsadores:
Temperatura
ambiente:
25°C.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
95
UNIDAD
DIDAcTICA
6: La protecci6n
de motores (11)
• Marcha en estrella.
Existe un disyuntor de proteccion para cada velocidad, provisto de un disparador por emision de corriente.
• Marcha en triangulo. • Pm'ada.
La desconexion por sobrecarga desactivado de los contactores.
Tension de mando: 230 V. Los seis conductores van al motor dentro del mismo tubo protector. Longitud de linea: 18 metros. Temperatura ambiente: 35°C.
provoca
el
Existen cuatro pulsadores: • velocidad lenta. • velocidad rapida. • paro
7. Un motor de dos velocidades en coneXlOn Dahlander tiene los siguientes datos a 400 V:
• desconexion
a distancia
Tension de mando: 230 V. 7,4/30 W 22/59 A
Los conductores se alojan dentro de un unico tubo protector. Longitud de lfnea: 13 metros.
725/1.450 r.p.m
Temperatura
ambiente: 20°C.
ACTIVIDADES
1. Se examinaran diversos tipos de disyuntores para motor: sus caracterlsticas constructi vas, su rango de desconexion termica, 10s datos de su placa, etc. 2. Se verificara la desconexion termica de un disyuntor, sometiendo a su motor a sobrecargas 0 a bloqueo del rotor. Se anotaran los tiempos de desconexion, diversos valores de la intensidad de reglaje. 3.
para
Se colocaran en el disyuntor los accesorios de que se disponga (contactos auxiliares, disparadores) y se realizaran las correspondientes verificaciones de su funcionamiento.
4. Se manejaran y observaran diversos tipos de conductores, tanto sueltos como agrupados en manguera. Sera preciso lIegar a familiarizarse con los valores de sus secciones (1,5 mm2, 4 mm2, etc.) lIegando a identificarlos con facilidad. Se extraeran de los catalogos de fabricantes de conductores los principales datos que se propor-
96
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
cionan (seccion, tension de aislamiento, resistencia y peso/km, etc.). Se examinaran, igualmente, los tubos protectores de que se disponga, midiendo sus diametros nominales, 5. Se calcularan y mediran las cafoas de tension en Ifneas de alimentacion a motores. Se emplearan, para ello, longitudes de Ifnea largas de longitud conocida (por ejemplo, rollos nuevos). Se contrastaran de la medicion.
los resultados del calculo con los
La medicion de la potencia de la tension se llevara a cabo con instrumentos de adecuada precision, preferentemente digitales. 6. Si se dispone de un equipo de deteccion de temperatura y de sus correspondientes sondas, se realizara una prueba simulada de desconexion termica, calentando estas por un medio externa cualquiera.
A
CA
Esque, as de e:rc _ os de motorcs (I) Sumario 1. La tensi6n de mando. 2. El contacto 3. Contactores 4. Aplicaciones Ejercicios
Al termino
auxiliar. auxiliares
y reles.
en arranque
directo.
y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces de:
• Conocer las diversas tensiones de mando, y su modo de obtenci6n. • Identificar los diversos tipos de contactos auxiliares por medio de sus sfmbolos y la numeraci6n de sus bornas. • lntroducir adecuadamente en los circuitos los elementos temporizadores, en base al efecto deseado. • Realizar esquemas simples de circuitos de motores, en los que existan temporizaciones y retardos en las conmutaciones. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
97
UNlOAD
oloAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
1. La tension de mando. La tensi6n de mando se obtiene generalmente partir del circuito de alimentaci6n trifasico.
a I
Los conductores del circuito de man do han de protegerse solamente frente a cortocircuitos, ya que no son previsibles en ellos las sobrecargas.
'---t;j
I
2
2
la A.
J
"~~1 :---t;j
"~~
La secci6n utilizada con mas frecuencia es la de 1,5 mm2, protegida perfectamente por fusibles rapidos (gI) de
I
UNIPOLAR
.j
BIPOLAR
Estos fusibles pueden colocarse en pequefias bases portafusibles, como las indicadas en las figuras anteriores (no olvidemos que el neutro no precisa fusi ble). En muchos circuitos interesa que la desconexi6n de red del circuito del motor, por medio de los portafusibles 0 del disyuntor, tambien corte la tensi6n al circuito de man do.
Fig. 2 -
Disyuntores
para circuitos
de mando.
En este caso, nos serviremos de los contactos auxiliares de estos, citados anteriormente (Fig. 1).
circuito de mando requiere una especial protecci6n, escogeremos un calibre menor.
Tambien pueden emplearse pequenos disyuntores unipolares 0 bipolares para proteger el circuito de mando. Los encontramos de diversos calibres (Fig. 2).
La tensi6n de mando se cOlTesponde con la de las bobinas de los contactores, pilotos, alarmas acustica, etc, que contiene su circuito.
Como ya se ha dicho, la secci6n habitual de los conductores del circuito de mando es de I,5mm2 y el calibre de los fusibles 0 disyuntores es de lOA. Si la secci6n de los conductores es menor, 0 algun dispositivo del
Si no disponemos de dicha tensi6n en la red, colocaremos transformadores. Deberan estar debidamente protegidos en su primario y en su secundario (Fig. 3).
3 x 230 V LI L2 L3 N
3 x 400/230
LI L2 L3 N
V
23
riB---- ---------------
24 F
Q ~----
1 >
I>
MANDO 230 V
Fig. 1 98
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
Tensiones
1> MANDO 230 V
alternas
de mando.
UNlOAD
DIOAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
En la Fig. 7 de la D.D. 4 mostramos las diversas tensiones de activado de contactores. La tension de mando debe alimentar, ademas, a otros componentes; su valor debe ser compatible con la de todos ellos. Indicamos en la Fig. 510s diversos valores usuales de las tensiones de mando.
VOLTIOS
24
32
48
110
120
220
230
240
380
400
415
440
500
600
660
1000
24
48
110
125
220
230
250
440
ALTERNA
CONTINUA
Fig. 5 -
Tensiones
nominales
de mando.
2. El contacto auxiliar. Como ya sabemos, los contactores tripolares pueden disponer de uno 0 dos contactos auxiliares, que cambian de posicion cuando 10 hacen los contactores principales. MANDO lID V
Fig. 3 -
Transformacion
de mando. Tensiones
reducidas.
El contacto N A (13-14) suele usarse en la realimentacion de la tension de la bobina. El contacto NC (l] -12) suele usarse para enclavamientos, como veremos mas adelante.
En contactores de tamano grande que requieren ausencia de zumbidos en su electroiman, se utilizan bobinas para corriente continua. Podemos obtener la correspondiente tension continua por medio de una red autonoma alimentada con baterias, 0 a traves de rectificadores (Fig. 4).
3 x 400/230
V
LI L2 L3 N + 110
v
I
AI
3
5
13
I I I I
~\\\\ A2
3 x 230 V
~~--h= \-0
AI
2
4
6
14
I
3
5
1I
I I I ~
~\\\7 A2
Al
I
2
4
6
12
I
3
5
13
21
I I I I ~
~\\nl
MANDO IIOV
A2
2
4
6
14
22
~MANDO 250 V
Fig. 6 Fig. 4 -
Tension
de mando
Contactos
en continua.
AUTOMATlSMOS
auxiliares de contactores tripolares.
Y CUAOROS
ELECTRICOS
99
UNlOAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
Puede aumentarse el numero de contactos auxiliares de un contactor, acoplandole un bloque de contactos auxiliares. Este bloque es solidario con el movimiento del electroiman, y sus contactos cambian simultaneamente con los contactos principales y los auxi Iiares ci tados. Su posici6n (Fig. 7).
de acoplamiento
suele
Los de la Fig. 9 son tetrapolares.
ser frontal
53
63
73
83
53
I I I I
61
73
83
53
I ~ I I
61
71
83
I ~ ~ I
\\\"-~ \--r\"-~ \---rr~ 54
64
74
53
84
61
54
71
62
74
81
84
51
54
61
71
62
72
84
81
~(+( (((( 54
62
72
82
52
Fig. 9 - Bloques tetrapolares Fig.
7 - Bloques
de contactos
indica la posici6n
72
de contactos
82
auxiliares.
auxiliares.
Dichos bloques pueden tener dos 0 cuatro contactos y admiten di versas variantes. La denominaci6n de sus bornas depende de la posici6n y naturaleza de sus contactos. En todos los cas os se denominan por parejas de cifras, en las que: • la primera
62
del contacto
A un contactor, tambien se le puede afiadir un bloque con dos contactos (NA y NC) temporizados. Este tipo de contactos no cambia soJidariamente con los del contactor, sino que tiene un retardo (Fig. 10).
(5, 6) 6
(5,6,7,8). • la segunda
Los bloques
53
63
indica
su naturaleza:
3-4
q
NA\
1-2
q
NC
de la Fig. 8 son bipolares.
53
61
51
61
I I
Fig.
\\ ~--r (-r 54
64
54
62
52
10 - Bloques de contactos
temporizados contactor.
El retardo
100
8 - Bloques AUTOMATISMOS
bipolares Y CUADROS
admite
dos variantes:
62
• al trabajo
Fig.
citado
de un
de contactos ELECTRICOS
auxiliares.
(RT):
• Los contactos tardan un cierto tiempo cambiar, cuando el contactor se acti va.
en
UNIDAD DIDAcTICA
• Los contactos vuelven instantaneamente a su posici6n de reposo, cuando se desactiva. • al reposo (RR):
7: Esquemas de circuitos de motores (I)
r s E---
KM!
KM2 (--68
• Los contactos cambian instantaneamente cuando el contactor se activa.
---j 58
• Los contactos tardan un cierto tiempo en volver a su posici6n de reposo, cuando se desactiva. Mostramos en la Fig. 11 sus respectivos
simbolos.
KMl
Fig. 12 -
Contactos
H2
Ht
KM2
con retardo
al trabajo
y al reposo.
Oprimiendo el pulsador S y manteniendolo en dicha posici6n, la lampara H2 se enciende instantaneamente y la HI tarda cinco segundos en encenderse. Liberando el pulsador, la H2 tarda cinco segundos en apagarse y la HI se apaga instantaneamente. 55
67
Podemos expresar graficamente 10 ocurrido mediante un diagrama de secuencia, desde el instante I en que pulsamos, hasta e12 en que soltamos (Fig. 13).
E(~ 56
68
58
RETARDOAL TRABAJO
66
RETARDO AL REPOSO
I
\
s ~-\ Fig. 11 -
Bloques
de contactos
auxiliares
con retardo.
H!01 El tiempo de retardo es regulable entre dos valores extremos, que fijan su ran go de temporizacion. Encontramos rangos tales como:
0
00 0 ','
H20
0 5"
0, I - 3 segundos 0,1 - 30 segundos 1 - 30 segundos 10 - 180 segundos o de otros valores. Para darnos una idea del comportamiento de tales contactos, los conectamos segun el esquema de la Fig. 12, en el que un pulsador activa dos contactores, uno con un contacto NA (RI) Y otro con un contacto NA (RR). Ambos estan regulados a cinco segundos.
Fig. 13 -
Diagramas
de secuencia anterior.
del esquema
Estos contactos retardados ofrecen posibilidades muy interesantes a los automatismos en los que hay tiempos en las maniobras. El esquema de la Fig. 14 ofrece un ejemplo de ello. El pulsado de SI provoca el arranque instantaneo del motor Ml y, tras cierto tiempo, tambien provoca el paro de M2. AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
101
UNIDAD
FI
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
3 x 400 I 230 V
LI
N
TT
I
I
t~
t-ff----------
F3\;~
Q
de motores
(I)
Generalmente, admiten cuatro contactos y se construyen con las variantes que son de imaginar. Los de la figura anterior tienen dos contactos NA y dos NC, y nos dan una idea exacta del modo de numerar sus bornas.
f--
Al igual que los contactores tripolares, tambien admiten bloques adicionales de dos 0 cuatro contactos instantaneos, dos contactos con retardo y de retenci6n mecanica.
:--- I>
KMI
F4
F2
.
Reservamos para ellos la denominaci6n KA en los esquemas, utilizando la denominaci6n KM para los tri polares.
.
®® MI
M2 KMI
Fig. 14 -
Automatismo
KM2
con dos motores
Podemos usar un contactor auxiliar en el sencillo caso de un motor que, tras un cierto tiempo en marcha, deba pararse automaticamente (Fig. 16). Empleamos un piloto de sefializaci6n de desconexi6n por sobrecarga HI y otro H2 para sefializar la marcha.
trifasicos. 3 x 230 V
L2
\--
3. Contactores auxiliares y reles.
LI
11 ----
230 V
Un contactor auxiliar es un dispositivo amilogo al contactor tripolar explicado anteriormente, con la sal vedad de que todos sus contactos son auxiliares. Aunque constructivamente y en tamafios pequefios son muy similares, sus contactos admiten intensidades menores. Su funci6n de conmutaci6n la realizan exclusivamente en el circuito de mando de los motores, y cumplen funciones de enclavamiento, temporizaci6n, sefializaci6n, etc., (Fig. 15).
KA
Fig. 16 -
Circuito
de motor
KM
HI
con contactor
H2
auxiliar.
Al contactor auxiliar (y tambien al tripolar del motor) se le puede acoplar un dispositivo retardador serie (Fig. 17). Existen dos tipos de retardadores A I
1\
1
3~
413
32
44
Q\rr\ A2
14
22
Fig. 15 102
AUTOMATISMOS
Contactores
Y CUADROS
A I
'I \ \
413
14
44
Q\7····r···\ A2
22
auxiliares.
ELECTRICOS
32
serie:
• El retardador al trabajo RT. Recibe la tensi6n que debfa recibir la bobina, pero no se la envfa hasta que transcurre un cierto tiempo (Fig. 18). • El retardador al reposo RR. Tiene tres bornas: AI, A2 Y B2. Entre A I Y A2 hay tensi6n permanente para su propia alimentaci6n.
UNIDAD
RETARDADOR
RT
RETARDADOR
RR
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
El tiempo se regula en un pequefio dial incorporado al mismo bloque de retard 0 serie. Se construyen en gamas de tiempos tales coma: 0, I - 2 segundos 0,5 - 30 segundos 25 - 30 segundos y otras mas. Interiormente alojan un circuito a semiconductores, 10 que motiva su denominacion de retardadores electronicos serie.
Fig. 17 -
Contactores auxiliares con bloque retardador serie.
Al recibir tension entre Al y B2 (cierre de S2), la envfa a la bobina. Tras la desaparicion de la tension entre A I YB2 (apertura de S2), transcurre un cierto tiempo hasta que desaparece la tension en la bobina. Al
A)
A2
tt
3 X 400/230
V
TT FI ~.. ~
F3~~
N
L)
11 F3~--
--230
KM)
KM2
F2
F4
A2 82
W
KM!
Um
T
T
v
Fig. 19 -
HI
K
Automatismos de dos motores, de retardo serie.
KM2
H2
con bloque
Con la denominacion de rele se designa un conmutador con mando electromagnetico similar al de los contactores, pero de tamano reducido y caracterfsticas constructivas especificas.
SERTE RT
Fig. 18 -
SERTE RR
Bloques
retardadores
de serie.
En el circuito de la Fig. 19 aplicamos un bloque de retardo serie RT al contactor KM2. El pulsado de SI provocan"i e1 arranque instantaneo del motor Ml; tras cierto tiempo, arrancara e1 M2. El pulsado de S2 los detiene a ambos instantaneamente.
La mayorfa de 10s reles utilizados actualmente son enchufables y sus contactos tienen tres bornas (Fig. 20). Sus tensiones de activado (bornas Al y A2) tienen valores similares a 10s de los contactores, tanto en continua coma en alterna. Las bases 0 zocalos donde se alojan estos reles tienen dimensiones y denominacion de bornas normalizadas (Fig. 21). AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
103
UNIDAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
Ejemplo 1. Se trata de un motor con mando por una pareja de pulsadores. Tras el pulsado de marcha se enciende un piloto de sefializacion y transcurre un cierto tiempo hasta que el motor arranca (Fig. 22). La tension de mando es de 230 V.
6-)-), rl;Jii,) A2
12
14 22
24
A2
12
14
22
24
32
3 x 400 V
34
Fig. 20 - Reles instantaneos.
H
KA
KM
Fig. 22 - Motor con retardo en la orden de marcha.
Ejemplo 2. Fig. 21 - Numeraci6n internacional de bornas de z6calos para reles enchufables.
4. Aplicaciones
en arranque directo.
Exponemos, a continuacion, algunos ejemplos de aplicacion de los dispositivos citados anteriormente.
Se trata de un motor trifasico con dos sentidos de giro, protegido por un disyuntor. El mando es por pulsadores. La tension de mando es alterna de 230 V para los contactores y de 24 V para los dos pilotos que sefializan march a en cada sentido (Fig. 23). Cad a contactor tiene un contacto auxiliar NA (1314) Y un bloque adicional NA + Ne. Los contactos NC (61-62) impiden que un contactor pueda activarse, si esta activado el otro. Ello ocasionarfa un cortocircuito entre las fases L2 y L3.
104
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
UNlOAD oloAcTICA
L I L2
it
L3
7: Esquemas de circuitos de motores (I)
3 x 230 V
±
fm------------
L2
LI
113 Q 230 V 24 V 53
KMI
KM2\----\----\
---- -----
53
KMI
13
KM2\ 54
54
t--S2
HI
KMl
H2
KM2
Fig. 23 - Motor con dos sentidos de giro.
Ejemplo 3. Un motor trifasico Ml tiene dos sentidos de giro, y otro M2, solamente uno. El motor M2 esta en marcha cuando 10 esta el Ml, con una salvedad: cuando el Ml gira en un sentido, el M2 arranca al mismo tiempo y cuando el M2 gira en sentido contrario, transcurre un cierto tiempo hasta que el M2 arranca. La tension de mando es de 230 V (Fig. 24).
230 V LI~
N--
:
..J-o
~w
~w
Ml(J) M2(J) KMI
KM2
KM3
Fig. 24 - Maniobra con dos motores. AUTOMATISMOS Y CUAOROS ELECTRICOS
105
UNIDAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
Ejemplo 4. Tenemos un motor de dos velocidades con devanados independientes. El mando se realiza por medio de dos pulsadores: para y marcha. Tras eJ pulsado de marcha, el motor arranca en baja veJocidad y, tras un cierto tiempo, pasa automaticamente a alta velocidad. Existe un piJoto de sefiaJizacion para cada velocidad. La tension de red es de 400 V Y la de man do es de 110 V en corriente continua. El esquema de la Fig. 25 responde al enunciado.
N
LI
113
3 x 400 V FI \
14
L
110 Ycc
F2
KA
Fig. 25 - Maniobra con un motor de dos velocidades.
106
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
HI
KMI
KM2
H2
UNIDAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
EJERCICIOS
Salvo que se indiquen otros datos especificos, en todos los ejercicios que se proponen a continuaci6n se tendnin en cuenta los siguientes puntos: • Los motores son trifasicos de jaula. Sus datos fundamentales se encuentran en la Fig. 28 de la U.D.2.
2. Un motor de 2,2 kW tiene un solo sentido de giro y esta conectado a una red de 230 V. Su protecci6n se realiza por medio de disyuntor. Se controla por medio de un par de pulsadores SI y S2. El pulsado de S2 pravoca el arranque instantaneo del motor. Tras el puIs ado de SI transcurre un cierto tiempo hasta que el motor se para.
• La conmutaci6n se realiza por medio de contactores, que trabajan en categorfa de empleo AC3. Pueden tener uno 0 dos contactos auxiliares, y se les puede anadir los de un bloque adicional. • La protecci6n frente a sobreintensidades realiza por medio de fusibles y reIe termico.
Se utilizara un bloque contactor del motor.
sene
en el
La tensi6n de mando es de 230 V. La longitud de la Ifnea motor-cuadro es de 14 metros. La Ifnea consiste en conductores sueltos con aislamiento de goma para 1.000 V, dentro de un tubo protector.
se
• Deben dimensionarse adecuadamente los dispositivos de protecci6n y de conmutaci6n. En estos tiltimos deben estar aseguradas, como minimo, tres millones de maniobras.
retardador
3. Un motor con devanados separados de 2,2/8,8 kW tiene la posibilidad de invertir el sentido de giro en la velocidad baja. Tensi6n de red: 400 y. Existen cuatra pulsadores:
• Deben realizarse los correspondientes esquemas principal y de mando. Si el arranque es directo puede realizarse el primero en unifilar.
SI - march a en baja y paso auto matico a alta, tras cierto tiempo (t). S2 - paro con cierto retardo (t').
• Deben escogerse adecuadamente los conductores. Estaran sueltos bajo tubo y su aislamiento sera de PVC para 750 V. La temperatura ambiente es de 40°C.
S3 - inversi6n en baja. S4 - para en inversi6n baja. La protecci6n del motor se realiza por medio de dos disyuntores.
La caida maxima de tensi6n entre el cuadro de conmutaci6n-protecci6n y el motor sera del 2 %.
Tensi6n de mando: 110 V. • Debe protegerse adecuadamente el circuito de mando, e indicarse en el esquema la procedencia de su tensi6n.
1. Un motor de 4 kW tiene un solo sentido de giro, esta conectado a una red de 400 V Y se controla por medio de dos pulsadores Sly S2. El pulsado de SI origina el arranque instantaneo del motor. Tras un cierto tiempo, se detiene automaticamente. El puIs ado de S2 origina el paro del motor, si no se quiere esperar al paro automatico. La longitud de linea del cuadro al motor es de 27 metros. Tensi6n de mando: 230 V. Un piloto indica la marcha del motor.
La Ifnea al motor consiste en conductores sueltos en tubo, con aislamiento de goma para 750 V. Longitud: 10 metros. Temperatura ambiente: 20°C. 4.
Un motor trifasico de 7,5 kW conectado a una red de 230 V tiene dos sentidos de giro. El mando se realiza par medio de un par de pulsadores, Sly S2. El pulsado de SI provoca el arranque, el para tras cierto tiempo t y la inversi6n tras cierto tiempo t'. Permanece en inversi6n hasta su paro instantaneo al pulsar S2. Mientras permanece en inversi6n, el tinico contactor activado sera el correspondiente KM. Un piloto senaliza cada sentido de giro. Tensi6n de mando: 230 V.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
107
UNIDAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
La linea al motor es de 38 metros, y consiste en una manguera con aislamiento de PVC para 750 V dentro de un tubo protector. Temperatura ambiente: 45 QC. 5.
Dos motores trifasicos de 11 kW y 18,5 kW respectivamente estan conectados a una red de 690 V Y tienen un solo sentido de giro. Cada uno tiene su propio par de pulsadores marcha-paro. El motor mayor tiene sondas termicas de temperatura. Si estas detectan una sobretemperatura, debera pararse tras un cierto tiempo t y el segundo motor seguira en marcha un tiempo suplementario [', al cabo del cual tambien se detendra. Tension de mando: 230 V. Las Iineas a los motores tienen longitudes de 18 y 20 metros, respectivamente y estan las dos alojadas en un unico tubo protector. Los conductores estan sueltos y su aislamiento es de PVC para 750 V. Temperatura
6.
ambiente:
15 QC.
Un motor Dahlander de 3,7/15 kW esta conectado a una red de 400 V. Mediante un pulsador S 1 arranca en baja velocidad, conmutado por un contactor con bloque de retencion mecanica. Tras un cierto tiempo, pas a a la velocidad alta, en la que permanece hasta el pulsado de S2, que 10 para. Tension de mando: 230 V.
108
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Tension de los dos pilotos que senalizan la velocidad en que se encuentra el motor: 48 V. La linea al motor es de 17 metros, y esta constituida por conductores sueltos, con aislamiento de polietileno para 750 V, alojados en un tubo protector. Temperatura
ambiente: 30 QC.
7. Tres resistencias de 8 kW / 230 V cada una estan conectadas a una red de 230 V, a la que tambien se conecta un motor de 7,5 kW. El motor esta conmutado por medio de un contactor de retencion magnetica. Un pulsador SI arranca el motor y conecta las resistencias a la tension reducida de 133 V. Tras un cierto tiempo, las resistencias quedan conectadas automaticamente a su tension nominal. Un pulsador de parada detiene desconecta las resistencias.
el motor
y
El motor esta protegido por medio de un disyuntor. Tension de mando 230 V. Hay dos pilotos para senalizar la tension baja y la normal de las resistencias. Los conductores hacia el motor y las resistencias estan sueltos, tienen aislamiento de PVC para 500 V, Y van todos en el mismo tubo protector. Longitud de las lineas: motor, 32 metros y resistencias, 30 metros. Temperatura ambiente: 20 QC.
UNIDAD
DIDAcTICA
7: Esquemas
de circuitos
de motores
(I)
ACTIVIDADES
1. Si se dispone de contactores con tensiones de activado diversas (tanto en continua como en alterna), se obtendnin estas por medio de autotransformadores (fijos 0 variables) y rectificadores. Con dichas tensiones se llevanin a cabo circuitos de arranque directo por pareja se pulsadores. 2. Se verificani el tipo de contacto (NA 0 Ne) de los contactos auxiliares de los contactores de que se disponga. Se hani la comprobaci6n con los bloques colocados en el contactor y se usani para ello un dispositivo medidor de continuidad. Se comprobani si coinciden los tipos de contactos con la correspondiente denominaci6n de sus bornas. 3. Se hani identica prueba con bloques de contactos temporizados, tanto RT como TT. Se contrastara el tiempo real, con el tiempo fijado en el correspondiente dial.
4. Se realizanin automatismos temporizados simples, que incluyan uno 0 dos motores. Sirven como ejemplo el de la Fig. 14 u otros similares. 5. Se comprobanin los tipos de contactos (NA 0 Ne) de los contactores auxiliares de que se disponga, por medio de un medidor de continuidad. Se hanin pruebas de temporizaci6n en los mismos por medio de bloques de retardo serie, si se dispone de ellos. 6. Se verificanin las caracterrsticas y el estado de los contactos en todos los reIes enchufables de que se disponga. Se anotanin caracterrsticas.
los
datos
de
sus
placas
de
7. Se realizaran circuitos que respondan a los esquemas del capftulo 4 de esta V.D. 0 a esquemas similares.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
109
KM)
tfi-s
Esquemas de circuitos de motores (11) Sumario 1. El arranque
directo con inversion.
2. El arranque
estrella-triangulo.
3. El arranque
por autotransformador.
4. El arranque
por resistencias.
Ejercicios
Al termino • • • •
y Acti vidades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la aJumna seran capaces
de:
Ejecutar esquemas de arranques diversos, con los condicionantes que sean previsibles 0 propuestos. Prever la posibilidad de maniobras erroneas en los circuitos de arranque de motores. Interpretar correctamente los esquemas relativos a arranques de motores. Buscar siempre la seguridad del funcionamiento de los circuitos disenados, dentro de su mInima complejidad. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
111
UNIDAD
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
1. El arranque directo con inversion.
En la conexion a tres bornas, propia del arranque directo, obtenemos la posibilidad de ambos sentidos de giro utilizando dos contactores.
Existen multiples aplicaciones de los motores trifasicos, en las que estos necesitan girar en ambos sentidos. Las maquinas herramienta 0 las de elevacion en general, ofrecen buen ejemplo de ello.
Hay que evitar el activado simultaneo de ambos contactores, ya que ello provocarfa un cortocircuito entre las fases intercambiadas.
Ya sabemos que un motor trifasico invierte su sentido de giro cuando es alimentado con dos fases intercambiadas entre sf.
Un sistema que ya conocemos consiste en situar un contacto Ne de cada contactor, en serie con la bobina del otro.
Si intercambiamos, por ejemplo, las fases L I Y L2, la conexion sera como indicamos en la Fig. 1. Distinguimos los casos de disponer de tres bornas del motor, 0 de las seis.
Llamamos a esta disposicion enclavamiento electrico, y sirve para cualquier caso en el que dos contactores no deban estar activados simultaneamente, aunque ello no implique un cortocircuito.
L1
L2
L3
LI
L2
L3
Utilizamos dicho enclavamiento en el motor de devanados independientes de la Fig. 2.
3 x 400 V
sL 13
Q)
Q2
~13
14
14
KM)
KM2
~
INVERSION
NORMAL
TRES BORNAS
LI
L2
L)
L3
L2
L3
Fig. 2 -
Enclavamiento
electrico
de dos contactores.
Tambien puede evitarse el activado simultaneo de dos contactores, colocandolos juntos y acoplando entre ambos un enclavamiento mecanico. Dicho dispositivo impide el movimiento de la parte movil del electroiman de un contactor, si el otro esta activado. En la Fig. 3, los dos contactores estan enclavados mecanicamente; junto a ellos, tenemos el sfmbolo del enclavamiento. L3
L I
L3
L2
L)
L2
INVERSION
NORMAL
SEIS BORNAS
Fig. 1 112
Inversion
AUTOMATISMOS
del sentido
de giro de un motor.
Y CUADROS
ELECTRICOS
El enclavamiento puede realizarse de diversas maneras, pero su funcion es la misma en todas ellas (Fig. 4). El esquema de la Fig. 5 ofrece otro ejemplo de enclavamiento. Para un sentido de giro hay dos pulsadores (S I - paro, S2 - marcha). Para el sentido
UNlOAD
DIDAcTICA
3 x 400 V
AI
KMI
8: Esquemas
LI
de circuitos
de motores
(11)
N
AI
9----~----9
KM2
A2
A2 230 V 95
F2 .••.. 96
KMI
Fig.
Fig.
3 - Enclavamiento
AI
KM I
de dos contactores.
KM2
Enclavamiento
KA
5 - Motor con dos sentidos de giro y enclavamiento mecanico.
ha de ser muy breve, ya que, de ot1'Omodo, el motor, tras pasar por el punto de velocidad nula, tendera a girar en sentido contrario. En ese punto, precisamente, se ha de desconectar otra vez de la red.
AI
9----~----9 A2
Fig. 4 -
mecanico
KM2
A2
mecanico
Para amortiguar la elevada punta de intensidad que se produce en esa conexi6n, se pueden intercalar unas resistencias limitadoras, como vel1los en la Fig. 6. Se elude el rele terl1lico, que no ha de actuar en esta ci rcunstancia.
de contactores.
3 x R
opuesto hay un pulsador solamente (S3-marcha), ya que el paro es automatico tras un cierto tiempo t, indicado en el contacto correspondiente. Un ejemplo de inversi6n 10 ofrece el Ilamado frenado por contracorriente. Este sistema se aplica en maquinas de mucha inercia, en las que la desconexi6n del motor no implica su detenci6n (maquinas herramienta, elevadores, etc.). Consiste en desconectar el motor de la red, e inmediatamente conectarlo de nuevo con dos fases intercal1lbiadas entre sf. Esta nueva conexi6n
Fig. 6 -
Disposici6n
del frenado
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
por contracorriente.
ELECTRICOS
113
UNIDAD
DIDAcTICA
8: Esquemas
2. El arranque
de circuitos
de motores
(11)
Existen mando.
estrella-triangulo.
Ya conocemos la conexi6n de un motor dotado de arranque estrella-triangulo. Los contactores empleados conmutaci6n indicada en la Fig. 7.
realizaran
L1L2L3
LI
L2
la
diversos
esquemas
para el circuito
de
Partiendo de la base de que el paso de estrella a triangulo se producira de modo automatico al transcurrir un cierto tiempo, obtenemos un circuito sencillo con el esquema de la Fig. 9. En este esquema y en cualquier otro no ha de ser posible el activado simultaneo de los contactores KM2 y KM3. Ello provocaria un cortocircuito de las tres fases en las bornas I, 3, y 5 del contactor KM3.
L3
IMVIWI
~ U2
V2
N
q
3-
LI
1 1
W2
----
~---
130
v
L3L2L1
PARADO
Fig.
7 - Conmutaci6n
estrella-triangulo trifasico.
de un motor
Puede conseguirse esa conmutaci6n de varias maneras. Escogemos, como preferente, la de la Fig. 8, en la que puenteamos las bornas I, 3 y 5 de los contactores KM I Y KM2. KMI 3 x 230
v
L 1 L2
L3
1 1 1
Fig. 9 -
FI\- --- ---
5
KM3
KM2 2
4
246
6
KM2
Circuito de mando de un arranque triangulo.
KM3
estrella-
En el esquema anterior existe el riesgo de que en el paso a triangulo, coincidan momentaneamente cerrados los contactos principales de los contactores KM2 y KM3. Puede mecanico
evitarse empleando 0 electrico.
un enclavamiento
El esquema de la Fig. 10 no ofrece dicho riesgo. y es el habitual en este tipo de arranque. El conjunto de los tres contactores y los eJementos de protecci6n suelen agruparse en un armario 0 panel especfficos para este arranque.
230/400
Fig. 8 -
114
Arranque
AUTOMATISMOS
estrella-triangulo trifasico.
Y CUADROS
de un motor
ELECTRICOS
En la Fig. 11 se han dispuesto los contactores disyuntor.
y el
UNIDAD
N
LI
\---
1 1
\---
----
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
Lt
1 1 ----
130 V
130 V
13
S2 ,-14
14 13 14
55 KM 1(--- ------------------
-------
56 61
KM2 62 KM3
KM3
Fig. 10 -
Circuito
KM 1 KM2
de mando de un arranque triangulo.
Fig. 12 -
estrella-
Circuito
KM2
KM I
KA
de mando de un arranque triangulo.
estrella-
Existe una variante del arranque estrella-triangulo para el caso en que la punta de intensidad en et paso a triangulo sea elevada. Esto puede ocurrir cuando el par motor en estrella iguala al par resistente a una velocidad relativamente baja (recordemos la U.D. 3). Esta variante consiste en introducir una etapa intermedia en la que se intercalan unas resistencias en serie con los devanados en triangulo (Fig. 13)
J--. L 1 L2
UI
VI
L3
L 1 L2
WI
UI
L3
VI
L 1 L2
WI
UI
U2 V2 W2
Fig. 11 -
Arrancador
L3
VI
WI
U2 V2 W2
estrella-triangulo. L3 L 1 L2
Si no se dispone de bloque de contactos con retardo para el contactor KM I, puede utilizarse un contactor auxiliar que disponga de ISI. En tal caso, el esquema id6neo es el de la Fig. 12.
Fig. 13 -
L3
L 1 L2
Arranque estrella-triangulo resistenciastriangulo de un motor trifasico.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
115
UNIDAD DIDAcTICA
8: Esquemas de circuitos de motores (11)
Para realizar este tipo de arranque se precisa de las resistencias adecuadas y de un contactor adicional. Entre los esquemas validos para este circuito escogemos el de la Fig. 14. Los tiempos de conmutaci6n dependen del efecto deseado.
3 x 230
v
L)
L3
L2
).,
q KM)
+ KM3 + KM4
t>.R
q KM!
+ KM2
• Tras cierto tiempo, Vuelve a activarse resistencias.
cambia el KA2 (67-68). el KM4, eliminando las
Queda el motor en triangulo.
113
KM)
t>.
q KM)
14
+ KM2 + KM4
63
KM3 6-l
KM3
Fig. 15 -
230/400
Fig. 14
Arranque estrella-triangulo resistenciastriangulo de un motor trifasico.
El circuito de mando debe posibilitar la regulaci6n de los tiempos de duraci6n de las dos eta pas iniciales. El esquema de la Fig. 15 responde a dicho supuesto. El mando se realiza por medio de una pareja de pulsadores. Este esquema de mando puede parecer complicado, pero admite lectura e interpretaci6n sencillas: • Pulsado de S2. Se activan KM I Y KM3, que se realimentan por medio del KM] (13-14). Queda el motor en marcha (estrella). Tambien queda activado KAI. • Tras cierto tiempo cambian los contactos KA I (55-56) Y KAI (67-68). Se desactivan KM3 y KM4, Y se activa el KA2. Queda el motor en triangulo con resistencias. 116
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
KM2
KMI
KA)
67
(-KA2
KM4
Esquema de mando para arranque triangulo con resistencias.
KA2
estrella-
Los contactores KM2 y KM3 estan enclavados mecanicamente entre sf. Con el motor en marcha definitiva, quedan activados KM I, KM2 Y KM4, as! coma los auxiliares KA] Y KA2. El pulsado de S] deja desactivados todos los contactores. Si se desea obtener un arranque estrella-triangulo para ambos sentidos de giro del motor, hay que intercambiar dos fases entre sf, tanto en estrella coma en triangulo. La Fig. 16 muestra la correcta disposici6n de las conexiones para ambos sentidos de giro. Hemos intercambiado entre sf las fases de alimentaci6n de las devanados u y v, que en giro normal son: U I - U2 ----
L 1 - L3
V I - V2 ---- L2 - LI yen giro Inverso son: U I - U2 ---- L2 - LI V I - V2 ---- LI - L3 En el devanado w no hay cambio.
UNIDAD
L1
L2
Ll
L3
L2
L3
DIDAcTICA
8: Esquemas
MARCHA:
3 x 400 V
INVERSION: VI
WI
U2
V2
W2
A t>
LI L2 L3
UI
de circuitos
A !'J.
U2
L3
V2
L I
de motores
(KM I + KM5) (KM I + KM3) (KM2 (KM2
+ KM5) + KM4)
W2
L2 KMS
GIRO NORMAL
LI
L2
L1
-- ---
F2
0 A DERECHAS
L3
(11)
L2
L3
W2
V2 U2 400/690
Fig. 17 -
Arranque
V
estrella-triangulo con dos sentidos de giro.
3. El arranque por autotransformador. L3 GIRO fNVERSO
LI
L2
Vimos en la U.D. 3 las peculiaridades arranque a tension reducida.
de este
0 A fZQUIERDAS
Recordamos la conexion que realizabamos con una etapa intermedia. Fig. 16 -
Conexi6n
a seis bornas para sentidos de giro.
ambos
Para realizar este conexionado con contactores son necesarios cinco de ellos: • Dos para invertir la conexion de linea alas bornas UlyVl.
En el esquema de la Fig. 18 ya indicamos expresamente las bornas extremas e intermedias del autotransformador y empleamos el contactor KM2 para abrir su punto de estrella. Abiertos KMl YKM2, el autotransformador proporciona tension.
ya no
Su correspondiente esquema de mando, sin tener en cuenta las protecciones, es el de la ••ig. 19.
• Dos para invertir la conexion en triangulo. • Uno para la conexion estrella. (Fig. 17). El correspondiente esquema de mando dispondra de tres pulsadores: march a a derechas, marcha a izquierdas y parada.
Tras el pulsado de S 1, se activan instantaneamente los contactores KM2 y KMl. El autotransformador proporciona tension reducida al motor, que arranca en las• condiciones conocidas. Tras un cierto tiempo, el contactor auxiliar KA los desconecta y activa el KM3, 10 que conmuta el motor a la red, en su conexion definitiva. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
117
UNlOAD
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
-t=h-r=tr= KMI
ii i i i i i i i i
Si el motor arranca con mucho par resistente, puede no ser aconsejable esta conexi6n, por producirse una deceleraci6n en el instante transitorio citado. Podemos recurrir, cerrada. En ella, no desconexi6n de la red. Fig. 20 responde a esta
L I
L2
I KM2
i...._.
KM3
entonces, a la conexi6n hay en ningun momento El esquema principal de la disposici6n.
L3
I I
----- ------
--- ---
UI
VI
WI
KM3
Fig. 18 -
KM I + KM2
Q
KM3
Q
--- ---
ARRANQUE MARCHA NORMAL
Arranque por autotransformador en conexi6n abierta. Una etapa intermedia.
Esta conexi6n se llama abierta, porque hay un instante en el que el motor no recibe tensi6n. Ese breve instante transcurre entre el desactivado de KMl y KM2 Y el activado de KM3.
Fig.
20 - Arranque nexi6n
KAE-- ------------
KM2
KM2
KA KMI
KA
Fig. 19 118
KM2
KM3
KM3
KMl
Circuito de mando para el esquema de la Fig. 18.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
cerrada.
por autotransformador en coUna etapa intermedia.
Tras el cierre simultaneo de KMI y KM2, el motor arranca a tensi6n reducida. La posterior apertura del KM I Y cierre del KM3 proporciona la conexi6n definitiva, sin que haya existido ningun carte transitorio, ya que el KM2 permanece cerrado desde el principio. Esta conexi6n tiene una caracterfstica interesante: durante el breve perfodo en el que KM I ha abierto y KM3 aun no ha cerrado, los devanados (ul - u3), y (v I - v) y (w 1 - w 3) del transformador estan en serie con la alimentaci6n al motor. Esto proporciona una
UNlOAD
segunda etapa intermedia transitoria beneficiosa. esquema de mando de la Fig. 21 proporciona maniobra adecuada.
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
El la
KM2 j-
i i i i i i i KA0--
------
i
KM3
2
1._.
KMI\ ABIERTA
Fig. 22 -
KMI
Fig. 21 -
KM3
Circuito
KM2
de mando para el esquema Fig. 20.
KA
CERRADA
Disposici6n de las protecciones en el arranque por autotransformador con una etapa intermedia.
de la
i
I
Si un motor trifasico tiene previsto un arranque par resistencias (estatoricas 0 rotoricas), hay que prever el cortocircuitado de estas, instalando un contactor par cada grupo.
I.
M u KM4
Fig. 23 -
w q
KM!
+ KM2
2' etapa
q
KMI
+ KM3
q
KM4
Arranque
normal
3-
V
F2
I' etapa
Marcha
4. El arranque por resistencias.
.j
KM3
En el arranque par autotransformador con mas de una etapa intermedia, la conexion suele ser abierta, coma en la Fig. 23.
el KM I.
3
i_._._._._.
Vemos la disposicion de los dispositivos de proteccion en las dos variantes descritas (Fig. 22).
Puede preverse la proteccion frente a sobrecargas en esta circunstancia, colocando otro rele termico tras
2
I
Dado la breve duracion del arranque, el transformador solo se protege frente a cortocircuitos.
En un circuito coma el de la Fig. 23, puede ocurrir que el proceso de arranque se detenga en una etapa intermedia par averfa en su circuito de mando. Coma aun no esta cerrado KM4, el rele termico del motor no esta operativo.
..,
[._._._._._._._._._._._._._._._
En este tipo de arranque ha de protegerse el motor frente a sobrecargas y cortocircuitos para su regimen en marcha normal.
por autotransformador etapas intermedias.
con dos
Podemos fijar los tiempos de conmutacion de las diferentes etapas par media de los dispositi vas temporizadores que conocemos. Si consideramos el supuesto elemental de un motor de jaula con un solo grupo de resistencias estatoricas, el dispositivo mas sencillo es un bloque de contactos con retardo al trabajo. El esquema de la Fig. 24 corresponde a este circuito. Representamos en unifilar el esquema principal. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
119
UNIDAD
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
400 V
400 V
t FI\--~
N
LI
f
1 1 F3\---
---
F2·':' F2
c:>
KMI
2' etapa
c:>
KMI
c:>
KMI + KM2 + KM3
Marcha
FI\-_~
230 V
I' elapa
normal
+ KM2
KMI
SI ,--
3 x R
KM2
KM2 N
KM3
LI
1 1 F3\----
Crf
KMI
3-
Fig. 24 -
Arranque
con un grupo estat6ricas.
----
KM2
de resistencias
Tambien podemos obtener la adecuada temporizacion utilizando bloques de retardo en serie. En el esquema de la Fig. 25 aplicamos estos bloques a los contactores. Se regulan sus tiempos a partir del instante de activado del KM I. Si, por ejemplo, las resistencias RI se han de eIiminar transcurridos 2 segundos desde el arranque, y las R2, 3 segundos despues, se regulanin los bloques a 2 y 5 segundos, respecti vamente. El esquema anterior tiene la ventaja de que no existen cortes de la alimentacion en ningun momento del arranque. Tiene, en cambio, el inconveniente de no resultar desconectadas las resistencias del circuito principal en marcha normal.
KMI
Fig. 25 -
Arranque
1
KM2
K2
con resistencias
KM2
estat6ricas.
I' etapa
c:>
KMI
2' elapa
c:>
KMI
c:>
KM3
Marcha
FI\---~
Si no son previsibles grandes puntas de corriente en la conmutacion de cada etapa, puede adoptarse la disposicion de la (Fig. 26).
KI
normal
+ KM2
KMI
Si se trata de un motor de rotor bobinado, el efecto conseguido por la eliminacion de resistencias rotoricas es muy diferente (como vimos en la V.D. 3), pero los circuitos correspondientes son similares. Para el circuito de la Fig. 27 sirve el esquema de mando de la Fig. 24. El contactor KM2, que elimina las resistencias, tambien puede conectarse en "triangulo". En tal caso, circulan por sus contactos intensidades de valor ...J3 120
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Fig. 26 -
Arranque
par resistencias
estat6ricas.
veces menor, y puede, por tanto, ser mas pequeno. Ofrece el inconveniente de su cableado cruzado, de mas engorrosa ejecucion.
UNlOAD oloAcTICA
L I L2
8: Esqllemas de circuitos de motores (11)
L3 3 x 230 V
t Fl\~
r 3 x R)
KM) 3 x R2
rII --- ----
KM2
u v w
3 x R3
F2
M L K
Fig. 27 -
3x R
Arranque
por resistencias
rot6ricas. L2
u
K
V W
M
L
LI
Si el motor de rotor bobinado tiene varios grupos de resistencias para su arranque, se pueden ir cortocircuitando segun el esquema de la Fig. 28. En esta disposicion, el tiempo regulado en cada contacto con retardo fija el tiempo que esta un grupo sin cortocircuitar, tras haberse cortocircuitado el anterior. Los contactos auxiliares KM2 (13-14) Y KM3 (13-14) se encargan de este escalonamiento de tiempos. Dentro de los arranques por resistencias estatoricas mencionaremos elllamado arranque KUSA. Consiste en intercalar una resistencia en una sola de las fases de alimentacion al motor, elimjnandola al finalizar el arranque. La disposicion es tan simple como la de la (Fig. 29).
LI
L2
L3
Arranqlle Marcha
normal
q
KMI
q
KM 1 + KM2
KMI
Fig. 28 -
Arranque
KM2
KM3
por resistencias rot6ricas tres etapas.
KM4 en
Con este sistema, el campo magnetico del motor resulta deformado y su par adquiere una caracterfstica especial. No se consiguen reducciones en la intensidad de arranque; es mas, el valor de esta en las dos fases que no tienen resistencia, algo mayor que el correspondiente a un arranque directo normal.
F2
En cambio, el par motor puede reducirse calculando adecuadamente el valor de la resistencia.
Fig. 29 -
Arranque
en disposici6n
KUSA.
Este tipo de arranque se usa en el accionamiento de maquinas sensibles al golpe del arranque directo. AUTOMATISMOS Y CUAoROS ELECTRICOS
121
UNlOAD
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
EJERCICIOS
Salvo que se indiquen otros datos especfficos, en todos los ejercicios que se proponen a continuacion se tendnin en cuenta los siguientes puntos:
2. Un motor de dos velocidades con devanados independientes tiene una potencia de 14/19 kW Y esta conectado a una red de 400 V.
• Los motores son trifasicos de jaula. Sus datos fundamentales se encuentran en la Fig. 28 de la U.D.2.
Tiene previsto un arranque por resistencias estatoricas en una etapa intermedia. Para cada velocidad tiene su propio grupo de resistencias.
• La conmutacion se realiza por medio de contactores que trabajan en categoria de empleo AC3, pueden tener uno 0 dos contactores auxiliares y se les puede anadir los de un bloque suplementario.
El tiempo de permanencia de las resistencias durante el arranque es el mismo para ambas velocidades y 10 fija un unico dispositivo.
• La proteccion frente a sobreintensidades se realiza por medio de reIes termicos y fusibles. • Deben dimensionarse adecuadamente los dispositivos de conmutacion y proteccion. En estos ultimos deben estar aseguradas, como minimo, tres millones de maniobras. • Deben realizarse los correspondientes esquemas principal y de mando. Puede realizarse el primero en unifilar, si es 10 suficientemente representativo del circuito.
Existe un pulsador de parado comun y otro de march a para cada velocidad. Hay un piloto de senalizacion para cada sentido de giro. Tension de mando: 230 V. La linea al motor es de 9 metros y esta compuesta por dos mangueras trifasicas, con aislamiento de polietileno para 750 V, alojadas en un tubo protector comun. Temperatura
ambiente: 45 QC.
3. Un motor trifasico de 22 kW esta provisto de un arranque estrella-trianguIo con resistenciastriangulo, en conexion a una red de 230 V.
• Deben escogerse adecuadamente los conductores desde el cuadro de conmutacion y proteccion hasta el motor. Estaran sueltos bajo tubo y su aislamiento sera de PVC para 750 V. La temperatura ambiente es de 40 QC.
Existen un pulsador de marcha y otro de parada. El contactor que elimina las resistencias es de retencion magnetica. La tension de mando es de 230 V.
• La cafda maxima de tension entre dicho cuadro y el motor sera del 2%.
La linea aI motor mide 19 metros, y la temperatura ambiente es de 25 QC.
• Debe protegerse adecuadamente mando, indicando la procedencia
el circuito de de su tension.
La proteccion del motor se realiza con un disyuntor.
1. Un motor trifasico de 7,5 kW en red a 400 V tiene previstos dos sentidos de giro.
4. Un motor de 7,5 kW esta provisto de un arranque por autotransformador en conexion cerrada, con una etapa intermedia.
El control se realiza por pulsadores, mando de 230 V.
en tension de
El pulsador de paro origina un frenado en contracorriente amortiguado, en uno solo de los sentidos de giro.
SI - parada
El breve tiempo de frenado 10 controla un bloque de contactos temporizados.
S3 - inversion
La lfnea al motor es de 27 metros y la temperatura ambiente de 30 QC.
122
El motor tiene dos sentidos de giro, controlados por tres pulsadores:
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
S2 - marcha
La proteccion es realizada por un disyuntor. La temporizacion es la misma para ambos sentidos de giro y la fija un unico dispositivo.
UNIDAD
La Ifnea al motor es de 36 metros y esta constituida por una manguera con aislamiento de PVC para 1.000 V dentro de un tubo protector. Temperatura
ambiente: 20 QC.
5. Un motor de rotor bobinado tiene las siguientes caracterlsticas nominales:
DIDAcTICA
8: Esquemas
de circuitos
de motores
(11)
7. El motor Dahlander de conexion llamada "trianguloestrella/estrella" tiene dos velocidades, y nueve bornas. En la conexion triangulo (velocidad baja) admite un arranque estrella-triangulo, como vemos en la (Fig. 30).
22 kW· 400 V Rendimiento
= 94 %
cos
UI
Esta provisto de arranque por resistencias rotoricas con una etapa intermedia. Su parada se lleva a cabo con frenado por contracorriente. Para amortiguar la punta de intensidad en dicho frenado, se conectan nuevamente las tres resistencias rotoricas, aiiadiendose otras tres mas.
Los conductores estatoricos se alojan en un unico tubo protector, y se instalan sueltos, con aislamiento de PVC para 750 V. Los valores nominales de las corrientes estatoricas y rotoricas son similares. IS metros.
VI
U3
V3
Temperatura
VI
Esta provisto de un arranque KUSA, por medio de dos resistencias RI y R2 en serie con la misma fase estatorica. El arranque en un sentido de giro precisa de una sola resistencia, y en el sentido opuesto precisa de las dos. La tension
230 V L3
W3
VI
UI
WI
V3
U3
A
W3
U3
6
WI
V2
U2
W2
V3 LI
W3
L2
L3
'-y-/
VELOCIDAD BAJA
VELOCIDAD ALTA
Motor Dahlander en conexi6n !i/A A, con una etapa intermedia en el arranque en baja velocidad.
Los datos del motor, en red a 230 V, son : 3,7/15 kW Rendimiento
6. Un motor de 9 kW, conectado a una red de 230 V, tiene dos sentidos de giro.
Existen los tres pulsadores habituales. de mando es de 230 V.
L2 UI
WI
V2
U2
Ll
L3
Fig. 30 -
Tension de mando: 230 V.
Longitud de linea: ambiente: 35 QC.
230 V
230 V L2
Ll
= 91/93%
cos
Hay un piloto de sefializaci6n para cada sentido de gIro.
Las tensiones de red y de mando son de 230 V. Hay un piloto de seiializacion para eada velocidad definiti va.
La lfnea al motor es de 9 metros y la temperatura ambiente es de 45 QC.
La lfnea al motor es de 27 metros y la temperatura ambiente es de 20 QC.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
123
ACTIVIDADES
1. Llevar a cabo circuitos en los que existan enclavamientos, y verificarlos adecuadamente. Pueden ser elementales, tales como motores con marcha e inversion, 0 mas complicados. En todos ellos se comprobara la imposibilidad de una maniobra erronea. 2. Montar un circuito de motor trifasico con frenado a contracorriente y resistencias de amortiguacion. Se utilizara un motor en carga, tal como el de un esmeril de mesa 0 similar. Se usaran resistencias variables y de cierta potencia al objeto de regular su valor para obtener el frenado adecuado. El breve tiempo de conexion puede obtenerse por medio de un contacto temporizado 0 bien directa y manualmente con el pulsador de parada. 3. Realizar el arranque estrella-triangulo segun el esquema de la Fig. 10 de la presente D.D. Se colocara un voltfmetro entre las born as de uno cualquiera de los devanados del motor. Hacer la prueba con el motor en carga. 4. Realizar el mismo ejercicio anterior, con el motor previsto para ambos sentidos de giro.
124
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
5.
Montar y comprobar el arranque de un motor en carga, a tension reducida. Puede utilizarse un autotransformador de una 0 de mas tomas intermedias -segun se disponga- y se colocara un voltfmetro entre las bornas de uno cualquiera de los devanados del motor.
6.
Realizar el arranque por resistencias de un motor en carga.
estatoricas
Puede usarse un geostato trifasico de la potencia adecuada, que se regulara al valor idoneo para obtener un arranque suave. Se colocara un voltfmetro entre las born as de uno de los devanados del motor. 7. Realizar el arranque en carga de un motor de rotor bobinado. Alas bornas rotoricas se acoplara un reostato trifasico de la adecuada potencia. Se colocaran dos amperfmetros, uno en el rotor y otro en la lfnea de ali mentacion, para apreciar simultaneamente la variacion de ambas corrientes. Fijado el reostato en la posicion en la que proporciona un arranque adecuado, se instalara el dispositivo temporizado para la eliminacion automatica de sus resistencias.
c
Componen es; de c • c Sumario 1. Conmutadores
manuales.
2. Reles de funci6n. Ejercicios
AI termino
y Actividades
de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran cap aces de:
• Interpretar adecuadamente las fases de conmutaci6n de los diversos conmutadores en el circuito de mando. • Elaborar el diagrama de contactos de cualquier tipo de conmutador 0 selector. • Seleccionar los selectores a introducir en los circuitos, al objeto de obtener alternativas en su funcionamiento. • Aplicar correctamente los diversos reles de funci6n, para obtener temporizaciones 0 retardos preestablecidos. • Interpretar los diagramas de secuencia de los reles de funci6n. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
125
UNlOAD
DIDAcTICA
9: Componentes
1. Conmutadores
del circuito
de mando
(I)
manuales.
Con este nombre designamos los dispositivos mediante los cuales activamos manualmente un proceso de automatismo electrico.
Existen bloques que agrupan dos pulsadores, cad a uno de ellos activable par su propia tecla. Con este disefio se reduce el espacio que ocupan en el cuadro electrico y se agrupan, en un solo conjunto, dispositivos con funciones afines; por ejemplo, el arranque y el para de un motor (Fig. 3).
Esta acci6n puede representar, simplemente, el arranque 0 el para de un motor, escoger el sentido de gira del mismo 0 seleccionar el tipo de respuesta de un circuito determinado.
1.1. El pulsador.
21
13
I
Es el elemento de conmutaci6n mas elemental, que ya nos es conocido por las paginas precedentes.
e\
Las tres variantes de la Fig. 1 son las mas usuales.
•
,,,'
Ft 13
14
22
NA
NC
Fig. 1 -
Pulsadores
22
NA
NC
Bloques
I de dos pulsadores.
13 21
E(
E---\
14
Fig. 3 -
21
I
E(
+
E+( 14 22 INA + INC
Existe una variante de este bloque doble en la que ambos pulsadores estan enclavados entre sf: el pulsado de uno hace salir al otro, par 10 que nunca pueden estar pulsados simultaneamente. En los de la Fig. 4 cada pulsador tiene dos contactos. Vemos, a la derecha, el sfmbolo de cualquiera de ellos.
de uno y de dos contactos.
Los Ilamados pulsadores de para de emergencia 0 de "seta" tienen un empujador de mayores dimensiones y color habitualmente rojo. Estas dos caracterlsticas los hacen mas destacables y facilitan su activado. Se les ha asignado un sfmbolo especffico (Fig. 2).
-----------------1 I I I I
13
21
I
INA + INC
I I I I I
lW----+-(
I I
14
22
14
22
I I I
21
I I
0-(
I
INA
INe
I
+ INC
22
I I 1_
J 3
a~( 14
Fig. 2 -
126
21
Fig. 4 -
Bloques de dos pulsadores
enclavados
entre sf.
INA + INe 22
Pulsadores
AUTOMATISMOS
de paro de emergencia uno y dos contactos.
Y CUADROS
ELECTRICOS
con
Los pulsadores de cuatra contactos (2 NA + 2 NC) son menos usuales, pera encuentran aplicaci6n en circuitos mas complejos en los que existen tensiones de diferentes valores (Fig. 5).
UNIDAD
13
1I
C··· \
23
(
14
\
12
24
DIDAcTICA
9: Componentes
del circuito
( 22
13
13-14 21-22
Pulsadores
de cuatro contactos.
Cuando presionamos un pulsador de dos contactos (l NA + I NC), estos cambian de posici6n. El cambio se produce durante el breve recorrido del pulsado (unos pocos milfmetros). El punto en el que se produce el cambio tiene importancia y puede decidir el correcto 0 incorrecto funcionamiento de un automatismo. Normalmente, cuando el contacto NA se cierra, el NC se ha abierto ya. Es decir, que en ningun punto del recorrido estan ambos cerrados. Representamos esta circunstancia en la Fig. 6. A 10 largo del recorrido de pulsado, el color negro indica contacto cerrado y el blanco, contacto abierto.
13
recorrido
E-----t----------------------t 13-14 =====-21-22 --=====
Fig. 7 -
Secuencia
14
de apertura y cierre pulsador NANC.
de apertura y cierre dor NA + NC.
de un
Tenemos un ejemplo de aplicaci6n de ambos tipos de pulsadores en la (Fig. 8). En ambos casos, el pulsado de 5 activa el contactor KA2 y desactiva el KAI. Si en el caso I el pulsador no es solapado, no es seguro el activado del KA2. En el caso ll, se desea evitar el activado simultaneo; cuando se cierra el contacto 13-14 ya de be estar desactivado el KAI.
KAI
KA2
KAI
KA2
PULSADOR
INA + INC (Il)
22 NANC
(I)
Secuencia
12
21
E~1 :: 14
E····M'NANC
-----==
PULSADOR
Fig. 6 -
I 1
E-----t----------------------t
2NA + 2NC
C'
(I)
21
recorrido
Fig. 5 -
de mando
de un pulsa-
Existen pulsadores en los que ambos contactos " se solapan" en un tramo intermedio del recorrido. Se emplea para ellos la denominaci6n pulsador NANC, y sus aplicaciones especfficas. El pulsador de la Fig. 7 es un pulsador NANC, del que vemos la secuencia de pulsado. Se indica su sfmbolo correspondiente. Advertimos la diferencia en la denominaci6n de bornas del contacto NC.
Fig. 8 -
Aplicaci6n
de pulsadores
NANC y NA + NC.
Mencionamos, por ultimo, el pulsador temporizado. Tras su pulsado, un dispositivo interno retarda el retorno a la posici6n inicial. El tiempo de permanencia es regulable en rangos de tiempos similares a los bloques de contactos retardados, aunque su precisi6n es menor (Fig. 9). AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
127
UNIDAD
DIDAcTICA
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
[++ t 3
I 1
14
12
13
J\/',HH
11
J\)'vH Fig. 9 -
Pulsador
temporizado. 14
12
13
11
23
21
14
12
24
22
1.2. El selector. Fig. 11 El pulsador descrito anteriormente es un dispositivo de conmutacion monoestable. Queremos decir con esto, que sus contactos recobran su posicion primitiva al cesar el pulsado, 0 tras cierto tiempo. El selector es un conmutador con dos 0 mas posiciones estables, en las que permanece tras su accionamiento. En un selector ya no podemos hablar de contactos NA y NC, pero se sigue usando dicha denominacion, cuando adoptan ese estado en la posicion considerada como inicial. Los selectores de dos poslclones tienen la posicion I como inicial.
de la Fig. 10
Selectores de dos poslclones contactos solapados.
con
Para ello: • se representan los contactos en el estado al que cOlTesponde la posicion (0). • se adjunta un diagrama con sus estados, en las demas posiciones, en base a: • un aspa (X): cerrado. • vacfo: abierto. El selector mas simple tiene tres posiciones contactos. En el de la (Fig. 12): • en la posicion 0, estan ambos abiertos. • en la posicion I estan: el 3-4 abierto el 1-2 cerrado • en la posicion 1I estan: el 3-4 cerrado el 1-2 abierto
13 I 1I
J-V'-v-\
I
1 11
21
I
~
s--V·-v-\-----( 14
14
Fig. 10 -
13
Selectores
22
de dos posiciones. 1
I
lOll
Tambien se fabrican selectores con contactos solapados, con dos y cuatro contactos (Fig. 11).
0V
128
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
OII
I
1-2 y \----\
~
2
Cuando un selector tiene tres 0 mas posiciones, hay que indicar el estado de cada contacto en cada posicion.
3
Fig. 12 -
Selector
3-4
4 bipolar
de tres
posiciones.
y dos
UNIDAD
En algunos cerrado en dos ciendo cerrado otros model os, paso.
DIDAcTICA
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
selectores, un contacto resulta posiciones contiguas, permanedurante el paso de una a otra. En dicho contacto se abre durante el
En el primer caso, las correspondientes aspas del diagrama se unen mediante un trazo. Los de la Fig. 13 ofrecen ambas variantes.
011
J
°
1
3
5
I
I
~
1-2
v\---\-----(
3-4
1I
I
f--\.Ji-
°
1-2
II •
2
3-4
4
5-6 2
4
6
Fig. 14 - Selector bipolar de tres posiciones automatico de la I a la o. 1011
I
3
5
7
I
I
I
f--\':(-v\--\--\---\ 2
4
6
y
retorno
1-2 3-4 5-6
8
7-8
1
M
Oll
1-2
3-4
Fig. 13 - Selectores
de tres posiciones.
Puede parecer intrascendente el hecho de que un contacto cerrado en dos posiciones contiguas se abra o no durante el paso de una a otra, pera no es as!. Puede interesar, por ejemplo, que un contacto NC pase a otra posici6n NC, pero que en el intervalo desactive un contactor que se mantiene realimentado. El breve paso equivale al accionamiento de un pulsador de para. Como excepci6n a su definici6n inicial, un selector puede ten er una 0 mas posiciones inestables. Si dejan de ser accionados en estas posiciones, retornan a la posici6n contigua. Una pequefia flecha en el diagrama de contactos indica la inestabilidad de una posici6n y el sentido del retorno. El selector de la Fig. 14 tiene inestable la posici6n I. Un selector bipolar de tres poslclones y retorno automarico a la central desde las otras dos (como el de la Fig. 15) puede reemplazar a la conocida pareja de pulsadores en el activado de un contactor. Efectivamente. Conectado segun la figura, un pequefio impulso hacia la posici6n IIdeja activado el contactor, y otro similar hacia la posici6n I 10 deja desacti vado.
KM
Fig. 15 - Control de un contactor por medio de un selector de tres posiciones y retorno automatico al centro.
Los selectores nos permiten realizar circuitos de mando sencillos en automatismos que no requieran muchos condicionantes, tales como los de las maquinas herramientas convencionales (tornos, fresadoras, etc.). El mando de un motor Dahlander para un torno puede realizarse con el simple esquema de la Fig. 16. La propia estructura del selector proporciona el enclavamiento electrico entre los contactores KM2 y KM3. Observese la posici6n (O-I-II) del selector, que facilita el paso de paro a baja velocidad y de esta a alta (y no al contrario). AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
129
UNlOAD
oloAcTICA
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
BY AY [
0
11
1-2 3-4
5-6
KMI
Fig. 16 -
Motor Dahlander
2. Reh~s de funcion.
KM2
A/AA
KM3
con mando par selector.
AI
Un rele de funcion es un dispositivo de conmutacion que se activa electricamente, y en el que los correspondientes contactos se posicionan en base a una funcion del tiempo.
$
..
..
A2
Habitualmente disponen de un unico contacto NANC de tres born as (denominadas 15-16-18) de las que la 15 es la comun, y la conexion 15-16 es la de reposo.
u
Uti I izando el diagrama de secuencia, ya mencionado en la U.D. 7, se comprende facilmente su funcionamiento. S2
Veremos,
a continuacion,
SI
los tipos mas usuales.
A2
El rele retardador serie es un dispositivo similar al bloque de retardo que conocimos, pero con la particularidad de ser independiente y tener gran precision en el ajuste del tiempo. Se coloca, simplemente, en serie con la bobina contactor cuyo retardo se desea.
KM
del
Fig. 17 AI aplicar tension al conjunto, se comporta como un contacto abierto. Transcurrido el tiempo t regulado, conduce como un contacto cerrado y toda la tension U queda aplicada a la bobina del contactor (Fig. 17). Este dispositivo tiene la interesante propiedad de funcionar en un amplio margen de tension (por ejemplo, de 24 a 230 V), 10 mismo en continua que en alterna. 130
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
Retardador
serie.
En el rele con retardo a la conexi6n, tardara un cierto tiempo en cambiar, desde to en que existe tension de activado. Al esta, pas a instantaneamente a la posicion
el contacto el momendesaparecer de reposo.
Su efecto es similar al de un contactor con un bloque de contactos con retado al trabajo (Fig. 18).
UNIDAD
-...
-
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
En el rele con retardo a la desconexion, contacto cambia tras cierto tiempo desde desaparicion de la tension en B I-B2 .
,,
•••
el la
En el rele de la Fig. 20 vemos que existe una alimentacion permanente (A l-A2), Y una tension de mando (B I-B2). La aparicion de tension en (B I-B2) puede consistir en un breve impulso procedente de un pulsador 0 contacto auxiliar.
Q
~
•
DIDAcTICA
•••
UA1_A2
15-18 15-16
Fig. 18 -
Rele con retardo
a la conexi6n.
En el rele con temporizacion a la conexion, los contactos cambian instantaneamente al aparecer la tension y, tras cierto tiempo, pasan a la posicion de reposo (Fig. 19).
Fig. 20 -
-
I
a la desconexi6n.
El rele con temporizacion a la desconexion obedece a la secuencia de la (Fig. 21) .
"'" a'
•
Rele con retardo
/
UA1_A2
15-18 15-16
U AI-A2
Fig. 19 -
Rele con temporizaci6n
a la conexi6n. 15-18
Para que existan temporizaciones a retardos a la desconexion, el rele precisa un suministro de tension para el funcionamiento de sus dispositivos internos. En este caso, en las bornas A l-A2 siempre hay tension objeto de la funcion.
16
Fig. 21 -
18
15-16
Rele con temporizaci6n
a la desconexi6n.
AUTOMATISMOS
ELECTRICOS
Y CUADROS
131
UNlOAD
DIDAcTICA
9: Componenles
del circuito
de mando
(I)
Los tiempos de los citados reles son regulables en gamas de tiempos muy amplias, que abarcan desde las decimas de segundo hasta varias horas. Un mismo rele puede tener mas de una funci6n, si se le realiza la oportuna conexi6n en sus bornas 0 en su programaci6n.
~ S-SYSTEM
s""""""'"
MODUL£ RECVClal: """"-,.
••.• 2M'tAIC
oc
'"
'"
,..•
,
En tal caso dicho rele no tiene un sfmbolo especffico, y ha de consignarse el correspondiente diagrama de secuencias.
15
AI
)
~Sl
El rele de la Fig. 22 tiene retardo a la conexi6n (A I-A2) Y a la desconexi6n (B l-B2). Los tiempos correspondientes II y 12 son regulables por separado.
A2
16
18
UA1_A2
3~
'11
,zl.
~tl&
.-
15-16
, a&1
,
.-;z..
Q-::~
I,
-
Q£.
-;
-..
'\
"~
-4=
\
~
- "-
Fig. 23 - Rele de intermitencia.
\1 -"'"~ 21;1Q
2
I
15
Bl
Al
Los reles multifunci6n de la Fig. 24 pueden programarse por medio de pequenos selectores incorporados en su parte frontal. El fabricante proporciona el modo de obtener las diversas funciones.
)
~+ 82
I A2
·.L
15- 18
16
18
U AI-A2
15-18 15-16 I,
Fig. 24 - Reles multifunci6n. Fig. 22 - Rele con retardo a la conexi6n la desconexi6n (t2)'
(tl) y
a
En el rele de intermitencia la apanclOn de la tensi6n de activado en (AI-A2) provoca un ciclo indefinido de cambios en la posici6n del contacto, con tiempos regulables II y 12 de permanencia (Fig. 23). 132
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
El automata programable puede considerarse como una agrupaci6n interactiva de reles multifunci6n. Existen en el conexiones para las seiiales de entrada (procedentes de pulsadores, contactos auxiliares, detectores diversos, etc.) y para las seiiales de salida (a activar contactores y reles, a alarmas, etc.). La relaci6n entre unas senales y otras se programa en el teclado correspondiente (Fig. 25).
UNIDAD
DIDAcTICA
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
ENTRADAS
SALIDAS r-----------
...
,
I
----.12
12-I I
----..
,I1 , , , ,
lit-I
10 __ I
·
I
I
I
,
I
2
I I I I
'-"-. I I
N
Ll__ c '- - -
T- - - T -Lt
-..-L1
N
-'e
N
230 V
Fig. 25 -
Aut6matas
programables.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
133
UNIDAD
DIDAcTICA
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
EJERCICIOS
Salvo que se indiquen otros datos especfficos, en todos los ejercicios que se proponen a continuacion se tendnin en cuenta los siguientes puntos:
• cuando el motor pequefio este parado, tambien 10 estara el grande. Ambos motores tienen un solo sentido de giro. Sus conductores de alimentacion estan alojados en un tubo protector comun. Longitud de linea: 24 metros para cada motor. Tension de mando: 230 y.
• Los motores son trifasicos de jaula. Sus datos fundamentales se encuentran en la Fig. 28 de la U.D.2. • La conmutacion se realiza por medio de contactores que trabajan en categorfa de empleo AC3. Pueden tener uno 0 dos contactores auxiliares y se les puede afiadir los de bloque suplementario.
2. Un motor trifasico de 5,5 kW tiene posibilidad de dos sentidos de giro, y esta conectado a una red de 400 Y. Tiene tres pu]sadores, uno para sentido de giro y otro para parada.
• La proteccion frente a sobreintensidades se realiza por medio de reICs termicos y fusib]es.
Un selector permite que, en uno solo de los sentidos de giro, la marcha sea continua 0 consista en un cic]o indefinido de arranques y paros breves.
• Deben dimensionarse adecuadamente ]os dispositivos de conmutacion y proteccion. En estos ultimos, deben estar aseguradas, como mfnimo, tres millones de maniobras. • Las diversas temporizaciones y retardos se lIevan a cabo con los reles citados en la presente unidad. Pueden uti]izarse, eventualmente, bloques de contactos temporizados, para funciones que aporten seguridad al circuito.
Longitud de linea: 8 metros. Tension de mando: 230 Y. 3. Un motor de 2,2 kW conectado a la red de 400 V, tiene un solo sentido de giro. Esta conmutado a la red por medio de un contactor de retencion magnetica, contro]ado por tres pulsadores:
• Deben realizarse los correspondientes esquemas principal y de mando. Puede realizarse e] primero en unifilar, si es]o suficientemente representativo del circuito. • Deben escogerse adecuadamente los conductores desde el cuadro de conmutacion y proteccion hasta el motor. Estaran sueltos bajo tubo protector y su aislamiento sera de PVC para 750 V. La temperatura ambiente es de 30°C. La cafda maxima de tension entre dicho cuadro y el motor sera del 2%. • Debe protegerse adecuadamente el circuito de mando, indicando la procedencia de su tension. 1. Disponemos de dos motores trifasicos de 3 kW Y 7,5 kW, conectados a una red de 400 V. Cada motor tiene su propio par de pu]sadores de control, pero existe la posibi]idad de que ]a marcha de uno de ellos condicione la del otro: • cuando el motor pequefio arranca, el gran de arrancara automaticamente tras un cierto tiempo. 134
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
parada marcha continua marcha cfclica indefinida Longitud de linea: 13 metros. Tension de mando: 230 V. 4.
Un motor de 9 kW esta conectado a una red de 230 V, y tiene un unico sentido de giro. Su proteccion se realiza por medio de un disyuntor. Existen tres pulsadores de mando: parada marcha continua marcha y paro automatico tiempo
tras cierto
Como dispositivo temporizador disponemos solamente de un rele con retardo a la desconexion. Tension de man do: 24 V. Longitud de lfnea: 24 m.
UNIDAD
5.
La tension de mando es de 230 V, Y existe un unico dispositivo temporizador. Un selector permite la posibilidad de que las correspondientes resistencias permanezcan conectadas mientras esta el motor en marcha. Las resistencias 230 V.
son iguales, de potencia 2 kW Y
9: Componentes
del circuito
de mando
(I)
La tension de mando es de 230 V Y solamente se utilizaran reles a la desconexion.
Un motor de devanados independientes, de 1/1,3 kW esta conectado a una red de 400 V. Cada motor tiene su propio pulsador de marcha y uno comun de paro. Desde su arranque en baja velocidad, hay conectada una resistencia de calefaccion, que se desconecta automaticamente tras cierto tiempo. Ocurre 10 mismo en alta velocidad, pero resulta conectada una resistencia complementaria. Ambas, pasado el mismo tiempo, se desconectan automaticamente.
DIDAcTICA
Longitud de lfneas: 16, 19 Y 26 metros, respectivamente. 7.
Un motor de rotor bobinado tiene los siguientes datos nominales: 35 kW· 400 V Rend. = 95 % cos
Los conductores alas resistencias y al motor estan alojados, en la practica totalidad de su recorrido, en un unico tubo protector. La longitud de linea al motor es de 21 metros. No consideramos la cafda de tension en las resistencias. 6.
Disponemos de tres motores, M 1, M2 Y M3, iguales, de 5,5 kW cada uno, conectados a una red de 400 V. Los motores tienen un solo sentido de giro, y se controlan por medio de dos pulsadores Sly S2 para los tres. El pulsado de SI arranca el M I. El pulsado de S2 provoca el siguiente proceso automatico: paro de M I Y arranque de M2, tras cierto tiempo: paro de M2 y arranque de M3; tras cierto tiempo se para M3.
La eliminacion de las resistencias rotoricas se controla por medio de reles retardadores serie. Mientras dura el arranque, un piloto de sefializacion luce de modo intermitente. Ya en marcha normal, luce fijo. La proteccion disyuntor.
del motor se realiza por medio de
Tension de red: 400 V. Tension de mando: 230 V. Los conductores estatoricos y los rotoricos se alojan en tubos protectores independientes, siendo sus corrientes nominales si mi lares. Longitud de linea: ambiente: 20°C.
AUTOMATISMOS
34 metros.
Y CUADROS
Temperatura
ELECTRICOS
135
ACTIVIDADES
1. Realizar la verificaci6n dobles 0 multiples.
de diversos
pulsadores
Para ello se utilizanin lamparas de 230 V. Verificar adecuadamente su secuencia, es decir, si se trata de contactos NA + NC 0 de contactos NANC. 2. Realizar el diagrama de estados (punto y aspa) de los selectores de que se disponga. Como en el ejercicio anterior, se utilizaran lamparas a 230, 0 bien cualquier dispositivo medidor de continuidad. 3. Realizar maniobras de arranques de motores, utilizando selectores para el activado de los
136
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
contactores. Se lIevaran a cabo en arranques estrella-triangulo, motores de dos velocidades maniobras con mas de un motor. Realizar previamente los correspondientes esquemas.
0
4. Analizar catalogos de fabricantes de reles de funci6n, atendiendo con detalle a los diagramas de secuencia que ofrecen. Yerificar los reles de que se disponga, por medio de lam paras a 230 V. 5. Insertar y verificar circuitos simples (de uno 0 dos motores), en los que intervengan reles de funci6n.
UN
A
DI ACTICA
Componentes del circuito de mando (11) Sumario 1. Reles de medida y control. 2. Finales
de carrera.
Ejercicios
y Actividades
Al termino de esta Unidad Didactica,
el alumno
0
la alumna seran capaces de:
• Seleccionar adecuadamente el rango de los di versos reles de medida, de acuerdo con las caracterfsticas del circuito que controlan. • Aplicar adecuadamente los reles de tensi6n para obtener un funcionamiento correcto de los motores. • Reconocer los diversos tipos de finales de carrera en base a la funci6n que se requiere de ellos. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
137
UNIDAD DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito de mando (11)
1. Reles de medida y control. Con el nombre de reles de medida y control designamos a una serie de dispositivos que detectan magnitudes electricas, las comparan con valores prefijados y emiten una serial de salida. En los tipos mas simples, la serial de salida consiste en el activado de un contacto 0 contactos, cuya acci6n posterior depende del efecto buscado. Describimos, a continuaci6n, los tipos de reles mas elementales.
I _ mm.
(A)
I _ max.
2
1,25
--
3,2 10
--
4
--
8
--
25
92
Xl 63
--
32 100
94
--
00
--
250
160
500
1.1. Reles de intensidad. Fig. 2 - Margen de medida de reles de sobreintensidad. En estos reles, la intensidad a controlar es detectada por un dispositivo electromagnetico. Si el valor de esta supera el fijado en la correspondiente escala, se activan un par de contactos NA + Ne. Segun interese, dichos contactos quedan retenidos en esa posici6n (y hay que rearmarlos manualmente) o vuelven a su posicci6n inicial cuando la intensidad desciende.
La grafica de la Fig. 3 indica el comportamiento de este rele. En este caso, suponemos que el rearme es automatico y se produce cuando la intensidad desciende por debajo del valor regulado.
La Fig. 1 muestra su aspecto externo y su sfmbolo grafico. 91
93
"
,(\ 92
94
91
93
r--\ 92
94
91
93
91
(---( 92
94
93
r--\ 92
94
Fig. 3 - Rele de intensidad Este dispositivo puede utilizarse como "limitador de esfuerzo" en el accionamiento de ciertas maquinas.
2
92
CON
RETENCION
94
2
92
94
SIN RETENCION
Fig. 1 - Rele de medida de sobreintensidad. Un rele de intensidad tiene ajustable la corriente de activado entre dos valores mfnimo y maximo. Existen una amplia gama de tamarios (Fig. 2). 138
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
En este caso, interesa que se produzca la desconexi6n del motor de la red, cuando su intensidad de consumo supera cierto valor. Se busca, con ello, la protecci6n de la maquina, mas que la del propio motor. En el circuito de la Fig. 4 utilizamos dicho rele como limitador de esfuerzo. Lo regularfamos, por ejemplo, al doble de la intensidad nominal del motor. Al objeto de que su contacto (91-92) no se abra durante el arranque, 10 puenteamos con un contacto temporizado (55-56) graduado para el tiempo que dura aquel.
UNIDAD
DIDAcTICA
10: Componenles
del ci,cuilo
de mando
(Ill
• Desde el punto 0, y con F 1 (91-92) abierto, el motor acelera y la intensidad desciende hasta el valor 1, (punto I). • Fl (91-92) se cierra, y activa KM2. La intensidad vuelve a subir (hasta el punto 2). F 1 (91-92) se ha vuelto a abrir, pero KM2 ya se ha realimentado. • El motor sigue acelerando y la intensidad desciende hasta " (punto 3). El F 1 (91-92) se vuelve a cerrar, pero sin ningun efecto. • El motor sigue acelerando y la intensidad descendiendo hasta la estabilizaci6n (punto 4).
F2
S2
E----SI
E----13
14
KM 92
Fig. 4 -
Rele de intensidad
como limitador de esfuerzo.
u
v
w
Con un rele de intensidad podemos controlar las etapas de arranque de un motor trifasico, detectando la intensidad de una fase cualquiera de la alimentaci6n.
KM2
Podemos aplicarlo en el arranque de un motor de rotor bobinado, con una etapa intermedia. En el esquema de la Fig. 5, el rele de intensidad F 1 cortocircuita las resistencias rot6ricas R, cuando el valor de la corriente de consumo desciende hasta el valor', regulado. De la observaci6n proceso de arranque:
del esquema
es evidente
el
• El pulsado de 52 activa KM I, que se realimenta. El contacto F 1 (91-92) esta cerrado antes del arranque y mientras la intensidad aumenta hacia el punto O.
" 4
'"
11
11"
• Para evitar que este contacto cerrado de paso a la etapa siguiente, un contacto temporizado de KM 1 (67-68) permanece abierto durante el breve tiempo que tarda el F I (91-92) en cerrarse.
Fig. 5 -
Control del arranque de un motor de rotor bobinado, por medio de un rele de intensidad. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
139
UNlOAD
oloAcTICA
10: Componentes
del circuito
de mando
(11)
Tambien existen reles de intensidad de medida indirecta. En ell os, la corriente a controlar es procesada por un sistema interno que requiere una alimentaci6n independiente.
Al
BI
B2
B3
Vemos en la Fig. 6 algunos de sus rangos de medida de alimentaci6n.
y de sus tensiones
A2
C
" "
.•. .•..
a-
',;
RM3JAl
••••••
r .•
i'I"QJ';.
i0(~
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d
J
0,3A
BI -C
--
B2-C
--
B3-C
--
I,SA
·""t~:~'lA
SA 3A
AI
IS
Fig. 7 -
u. ~
f . ~(A) f max. .
0,003
--
0,03
Fig. 6 -
ISA
A2
0,01
--
B •••. )
I
C
18
16
0,1
--
0,1
I
Reles de intensidad
0,3
--
Rele multigama
de medida de intensidad.
Puede ampliarse el margen de medida de un rele de intensidad haciendo pasar por el parte de la intensidad a controlar. Para tal caso, se colocaran la resistencia 0 shunt adecuados en la lfnea de alimentaci6n (Fig. 8).
--
I,S
1 S
3
--
IS
de medida indirecta.
R
Alimentado el rele a su tensi6n nominal, su contacto pasa de la posici6n (15-16) a la (15-18) cuando la intensidad que atraviesa rebasa el valor prefijado lr' Tambien el rearme admite las dos variantes citadas (autolmitica 0 manual), seleccionables en el mismo aparato. Otra caracterfstica interesante de estos reles de medida indirecta, es que la intensidad controlada puede ser, indistintamente, continua 0 alterna. Un mismo rele puede tener, ademas, varios rangos de medida segun la borna de entrada escogida (Fig. 7). 140
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
Fig. 8 -
Ampliaci6n
del rango de medida de un rele de intensidad.
UNIDAD DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito de mando (11)
1.2. Reles de tension. Estos reles tienen el mismo sistema operativo que los de intensidad, con la salvedad de detectar tension en sus born as de medida.
u
u
Detectan indistintamente tensiones continuas y alternas, estando indicados para la vigilancia de tensi6n en baterfas, redes diversas 0 Ifneas de alimentaci6n. Un mismo rele puede tener varios rangos de medida, segun las bornas utilizadas (Fig. 9).
Fig. 10 -
I 18
16
A2
Rele de medida de tension, con reglaje de subtension.
Si el rele de medida es para tension trifasica, le conectan las tres fases a controlar.
se
La propia tensi6n trifasica a controlar 0 una tensi6n monofasica independiente proporcionan la alimentaci6n al rele. Pueden tener uno Al
BI
B2
Al
15
B2
I : Z>
~, A2
BI
C
16
18
! !
A2
B3
0
dos contactos
(Fig. 11).
15
!~-l 16
C
18
0----"
•••
RM3 UA1
:;;Jf:· •••
••••••• .' .•.
ll:J:1•.wtY~ 1,;f;~
BlC
B2C
SV
SOV lOV lOOV
--
B2C
--
B3C
SOV -SOOV
.,1
30V 300 V Ll
L2
L3
15
~--), 16
Fig. 9 -
'I;
'~h~"':~C;;:9~1
lOV lOOV
B1C
'ij$;
Reles de medida de tension.
Al objeto de que el contacto no este oscilando continuamente cuando se detecta una sobretensi6n que ronda el valor de la regulada Vr' puede graduarse una segunda tensi6n U'r de margen de retorno, como expresa la Fig. 10.
L I L2 L3
18
15
25
A'~l,) A2
Fig. 11 -
16
18
26
28
Reles de medida de tension trifasica.
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
141
UNIDAD
DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito
de mando
En estos reles trifasicos, los contactos en el momento en que tienen alimentacion.
(11)
se acti van
Una sobretension (tension por encima del valor regulado) 0 una inversion de fases, provocan el retorno de los contactos a su posicion primitiva. En esta posicion cumpliran su funcion de alarma 0 desconexion previstas.
• si dicha tension es del orden de 400 V, se activa otro contacto. La Fig. 13 muestra claramente Sll comportamiento.
Este dispositivo es adecuado para maquinas moviles, tales como las de material agrfcola, de construccion, camiones frigorfficos, etc. Estas maquinas pueden ser conectadas a la red en diversos lugares, y ha de estar prevista la imposibilidad de su arranque a una tension superior a la adecuada y de su giro en sentido inverso. En la Fig. 12, dicho rele provoca el encendido del piloto H y la imposibilidad de arranque del motor, si se da algllna de las anteriores circunstancias.
LI
L2
L3 U(V)
I· I. I.. ·
··
. ..
.
400
.
~l)
230
~
A2
KMIII ···
...
15
.. .
J J
16
15
I
18
25
H
KM
26
18 25
I
28
J
26
I
18 26
28
15
,\
16
16
l ,\
16
18
25
28
26
28
Fig. 13 - Rele selector de tension. Fig. 12 - Rele de tension trifasico. Citamos, por ultimo, el rele selector de tension. Se disena generalmente para los dos valores de 230 V Y400 V, Yfunciona asf: • cuando la tension aplicada alas born as de mando (AI-A2) es del orden de 230 V, se activa un contacto. 142
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Este rele encuentra aplicacion en equipos moviles que deban funcionar indistintamente a esas dos tensiones. Si el motor 0 motores son de tensiones 230/400 V, sera este rele el que provoque su conexion en trianguloo en estrella, segun corresponda. Posibilitara, para ello, la conmutacion de los contactores necesarios.
UNIDAD
2. Interruptores
DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito
(11)
de mando
de posicion.
Los interruptores de posici6n son dispositivos electromecanicos
0
finales de carrera de conmutaci6n.
t
21
13
22
14
0y~
Similares e1ectricamente a los pulsadores, no son accionados manualmente por el operario, sino por elementos de las maquinas 0 por componentes que estas procesan. En general, los finales de carrera aportan informaci6n sobre la presencia/ausencia de elementos, as! como de su paso 0 posicionamiento. Los muy diversos modos de que pueden ser activados dan lugar a diferentes formas constructivas (Fig. 14).
Fig.
15 - Activado de un final de carrera de movimiento rectilfneo.
El dispositivo empujadar que activa los contactos es casi siempre axial, como en la figura anterior. Mediante el acoplamiento de bloques de formas diversas, obtenemos el activado por medio de actuaciones mecanicas diferentes (Fig. 16).
II
23
12
24
oy~ Fig. 14 -
Formas constructivas
de finales de carrera.
Podemos ver esquematicamente el activado de un final de carrera de dos contactos NA + Ne, en la Fig. 15. La presi6n axial ejercida par e1 e1emento m6vil, hace cambiar la posici6n de los contactos en un punto intermedio del recorrido. El segundo croquis de la figura representa e1 final de carrera en el punto final de su recorrido.
Fig.
16 - Activadores
AUTOMATISMOS
mecanicos de carrera.
Y CUADROS
de los finales
ELECTRICOS
143
UNIDAD
DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito
l,En que punto del recorrido lineal de posici6n los contactos?
0
de mando
(11)
angular cambian A
Todo fabricante de finales de carrera proporciona la secuencia del estado de los contactos a 10 largo de dicho recorrido. En dicha secuencia se indican las distancias 0 angulos "C" en los que el contacto NC se abre y los correspondientes "B" en los que el contacto abierto se cierra. La Fig. 17 nos ofrece un ejemplo de ello. En el resto de recorrido hasta completar la distancia 0 el angulo totales A, los contactos continuan activados. El color negro indica contacto cerrado contacto abierto.
'I
"" I'
21·22
LENTA 13
13.141 21·22
O~f
RAplDA
14
•
13.141 21·22
y el blanco
Fig. 18 -
Tipos
21
22
i SOLAPADA
de secuencias de contactos finales de carrera.
en
Si un final de carrera tiene dos contactos de igual naturaleza, NA+NA 0 NC+NC, la secuencia de ambos suele ser la misma (Fig. 19).
A
21·22
II
13·14
off 12
Fig. 17 -
21
Secuencias
11.12_~1 21·22
I.
22
de activado de un final de carrera.
13'141 23·24
Respecto al tipo de secuencia que ofrece un final de carrera al acti vado de sus contactos, distinguimos tres variantes: • de ruptura lenta • de ruptura rapida • de ruptura solapada El diagrama comportamiento 144
de secuencia (Fig. 18).
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
muestra claramente
su
14
,I
A
__
---
24
Fig. 19 -
Secuencias
de contactos de carrera .
de finales
De modo analogo a los pulsadores, los finales de carrera se representan desactivados en los esquemas electricos. Vemos un ejemplo en la Fig. 20.
ELECTRICOS
-----
UNlOAD
Representamos esquematicamente un motoreductor que hace girar un husillo AB en el que hay roscada una pieza guiada Q. Segun que el motor gire en un sentido 0 en otro, la pieza avanza 0 retrocede. Alllegar a cada extremo, la tuerca "pulsa" un final de carrera, y el motor debe detenerse.
10: Componentes
del circuilo
de mando
Los fi nales de carrera multidirecci6n tienen como elemento actuador una varilla flexible. Actuando sobre ella desde cualquier direcci6n, se activan sus contactos, que suelen ser de ruptura brusca a partir de cierto angulo de la varilla (Fig. 22).
r B
Q
A R
1-1
22
22 21- 1 13-14 •••••
c==J -
18°
Fig. 20 - Motoreductor accionando un husillo. El esquema de la Fig. 21 cumple la funci6n indicada. Solamente utilizamos los contactos NC de los finales de carrera. Es importante expresar de algun modo el efecto que realiza en el mecanismo el acti vado de cada contactor, ya que, de otro modo, el automatismo no funcionanL El contacto NC del SS debe desactivar el contactor de "avanzar" (que es el KMI), y el contacto NC del S4 debe desactivar el contactor de "retroceder" (que es el KM2). KM2
~~~~
.-:--0
KMI
(11)
ss
S4
M
DIDAcTICA
F2
FI
Fig. 22 - Final de carrera multidirecci6n.
Un final de can"era que puede resolver ciertos problemas de automatismos es el de rodillo abatible. Sus contactos se activan al ser "atacado" en un sentido, pero permanecen inalterados en el sentido opuesto Fig. 23. Encuentra aplicaci6n en procesos unidireccionales en los que no se desea efecto alguno del final de carrera en un determinado sentido de pulsado.
V
. '77r
ACTIVADO
o
ACTIVADO
22
1-1
Fig. 23 - Final de carrera de rodillo abatible.
KMI AVANCE
KM2
Un final de carrera bidireccional activa unos contactos u otros segun el sentido de ataque del elemento empujador.
RETROCESO
Fig. 21 - Control de fin de recorrido de husillo.
Suelen tener una pareja de contactos para cada sentido. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
NA + NC
ELECTRICOS
145
UNIDAD
DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito
En el de la Fig. 24, recuadramos se activan en cada direccion.
de mando
(11)
los contactos que
Mencionamos, por ultimo, el final de carrera biestable, muy utilizado en aparatos de elevacion y transporte. En la variante mas simple, su actuador consiste en un par de varillas en cruz, una de las cuales es empujada por el organo movil. Tras el empuje inicial, la cruz completa 90 y queda en esa posicion. Los contactos en un punto intermedio de ese recorrido. empuje en el mismo sentido 0 en sentido coloca los contactos en su posicion inicial 0
13
I I
23
el giro de se activan Un nuevo contrario (Fig. 25).
21
0---\------(----\------( 14
12
24
22
14
22
0°
90°
90°
.------.,
°H'+:+'~ :
14 12: -------
Fig. 24 -
146
24
Final
AUTOMATISMOS
13-14
21-22 22
de carrera
Y CUADROS
bidireccional.
ELECTRICOS
Fig. 25 -
Final
de carrera
biestable.
UNlOAD
DIDAcTICA
10: Componentes
del circuito
de mando
(11)
EJERCICIOS
1. Un motor de 30 kW conectado a una red de 230 V esta provisto de un arranque estrella-triangulo. Cuando la intensidad de arranque en estrella alcanza el valor de la nominal, se produce el paso a triangulo. El dispositivo utilizado para la deteccion es un rele de medida de sobreintensidad. Mientras dura la marcha en estrella, un piloto luce intermitentemente. En marcha normal, luce de modo permanente.
El frenado se realiza por contracorriente, ]as resistencias rotoricas intercaladas.
El mando se realiza por medio de dos pulsadores: marcha paro / frenado La tension de mando es de 48 V. Los conductores estatoricos y rotoricos se alojan dentro del mismo tubo protector. Sus corrientes tienen valores similares.
El mando se realiza por medio de una pareja de pulsadores. Tension de mando: 230 V. Longitud de linea: 28 metros. 2. Un motor 15 kW conectado a red de 400 V esta dotado de un motoventilador trifasico de 1,5 kW para ventilacion.
4. Un motor trifasico de 15 kW se alimenta de una red de 230 V. Si la tension de dicha red disminuye o desaparece, el motor debera conectarse automaticamente a otra red de tension permanente de 400 V, que llega al mismo cuadro de conmutacion y proteccion.
Dicho ventilador solo esta en marcha cuando la intensidad de consumo del motor supera un cierto valor, y permanece en marcha durante] 0 segundos tras haber descendido este. Si la intensidad de consumo rebasa el doble de la nominal, aunque sea instantaneamente, un piloto lucira permanentemente. Si dicha sobreintensidad permanece mas de 4 segundos, el motor y su ventilador se detendran.
con todas
El motor tiene un solo sentido de giro, y se controla por medio de una pareja de pulsadores. Se tomara el valor de tension de mando que se crea oportuno. Longitud de linea: 9 metros. 5. Un motor trifasico de 15 kW esta conectado a una red que puede tener indistintamente, una tension de 230 V 0 de 400 V.
El mando se realiza por medio de una pareja de pulsadores.
El motor se controla por medio de una pareja de pulsadores, y en cualquiera de las dos tensiones de alimentacion debe funcionar correctamente.
Tension de mando: 230 V. Longitud de linea al motor: II metros. Temperatura ambiente: 20°C.
Todos los contactores utilizados tienen 230 V de tension de activado. El motor tiene un solo sentido de giro.
3. Un motor de rotor bobinado y datos nominales: 22 kW· 690 V Rend. = 0,92
La tension de mando tiene el valor que se crea oportuno.
cos
Longitud de Ifnea: nunca mayor de ]00 metros.
tiene arranque por resistencias rotoricas, con un solo sentido de giro y dos etapas intermedias. Mediante un rele de medida de intensidad estatorica se realiza la eliminacion sucesiva de las resistencias.
6.
El motor del mecanismo de la Fig. 20 es de devanados independientes, y esta conectado a una red de 400 V. Sus potencias son de 3,3 /4,8 kW. Su control se realiza por medio de un solo pulsador de marcha que provoca el siguiente ciclo automatico:
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
147
UNlOAD
oloAcTICA
10: Componentes
del circuito
de mando
(11)
• Avance desde el punto A hasta el B en baja velocidad. • Permanencia
en el punto B durante 28 segundos.
Un piloto de senalizaci6n luce de modo intermitente mientras la pieza esta en movimiento. Puede utilizarse el dispositivo temporizador que se quiera. Tensi6n de mando: 230 V. Longitud de linea: 16 metros. Disponemos del mismo mecanismo de la Fig. 20 al que se ha anadido un final de carrera en el centro del recorrido. El motor de accionamiento
Sly
es de tipo Dahlander
A
/ AA de potencias 0,8 / 3,2 kW a 400 V. Con un pulsador de marcha SI provoca el siguiente ciclo: • Avance lento y pan1da en el centro durante segundos.
10
PISOS,
S2, de Ilamada, en las plantas.
S3 dentro del montacargas, planta" (Fig. 26).
• Retorno al punto A en alta velocidad.
7.
8. Disponemos de un montacargas de dos accionado por los siguientes pulsadores:
para
El motor del accionamiento alimentado por red a 400 V.
H
a la "otra
es de 5,5 kW
El cable que lIega a la cabina es de tipo flexible, enrollable automaticamente. La tensi6n de mando es de 24 V. Junto a los pulsadores (fijos y en cabina), un piloto de senalizaci6n intermitente indica que el montacargas esta en movimiento. Si se considera oportuno, puede anadirse algun final de carrera a los de la figura. El cuadro de conmutaci6n y protecci6n esta en el mismo cuarto que el motor. M
• Avance lento hasta el punto B. • Inmediato retorno hasta el punto A en velocidad rapida. //-
Existe otro pulsador "de emergencia", cuyo accionado provoca la detenci6n durante 2 segundos en el punto donde se encuentre la pieza, y el retorno al punto A. Pueden utilizarse los dispositivos que se qUlera.
.....•.
,
.L~\ \.~J
" .....:._,/
/
temporizadores
/-"
Tensi6n de mando: 48 V. Longitud de linea: 12 metros. Todos los conductores estan alojados en un unico tubo protector.
iki (
\.
\,
.....•._-'"
\ J
"/
Fig. 26 - Montacargas de dos plantas.
ACTIVIDADES
1. Examinar las caracterfsticas de diversos reles de medida, tanto de los que se disponga, como de los que figuran en catalogo. 2.
148
Verificar y desconectar los dispositivos mecanicos de activado de diversos finales de can·era.
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
ELECTRICOS
Probar con lam paras a 230 V los puntos del recorrido en los que tiene lugar la conmutaci6n. 3. Si se dispone de actuadores, tales como husillos 0 pequenos elevadores, realizar maniobras de parada o marcha por medio de finales de carrera.
UNlOAD DIDAcTICA
Componentes del circuito de mando (Ill) Sumario 1. Detectores
de proximidad.
2. Detectores
fotoelectricos.
Acti vidades
Al termino de esta Unidad Didactica, • Distinguir I
los diversos
tipos de detectores
Lono m lfi! PCCUllfiflQfiOn
• Interpretar
los diversos
el alumno
0
la alumna seran capaces de:
de proximidad
inductivos.
0 !U! 01V rm~ UOPI ml mm. sistemas
de detecci6n
fotoelectrica. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
149
UNlOAD
oloAcTICA
11: Componentes
1. Detectores
del circuito
de mando
(Ill)
de proximidad.
Los detectores de proximidad son interruptores estaticos que provocan la conexion 0 desconexion de una carga (generalmente un contactor 0 un rele) debido a la proximidad de materiales. La expresion interruptor estatico significa que la conmutacion no la realiza un contacto interno que se abre 0 se cierra, si no un elemento semiconductor que conduce 0 no conduce, segun la circunstancia.
El elemento detector 0 sensible consiste en un nucleo magnetico abierto, que abraza a una bobina. Una corriente de alta frecuencia recorre dicha bobina, yes generada por un rectificador / oscilador (Fig. 2). Al acercar un elemento conductor a la zona sensible, se produce un amortiguamiento de la frecuencia de oscilacion. Un amplificador 10 detecta y 10 convierte en una sefial de conexion 0 desconexion de la salida.
Los detectores de proximidad inductivos son los mas usuales, y detectan materiales conductores (acero, laton, aluminio, cobre, etc.) (Fig. 1).
~;:;~**~-
//( (( , ,
i
\
I
' I
'\
',:~\
,,~
[>
"
Fig. 2 -
Estructura
de un detector proximidad.
inductivo
de
El detector inductivo a dos hilos para corriente alterna puede funcionar en un amplio rango de tension (normalmente de 24 V a 250 V) Y se coloca en serie con la carga (contactor 0 rele).
Fig. 1 -
Detectores
inductivos
de proximidad.
Existe en las variantes NA y NC, segun que la proximidad del objeto le haga conducir 0 no conducir. La Fig. 3 expresa sus sfmbolos y su modo de actuacion.
Citamos algunas de sus ventajas sobre los finales de carrera: • Ausencia total de partes mecanicas por ello, de desgastes.
moviles y,
• Total estanqueidad, que los hace aptos para ambientes diffciles (humedad, polvo, etc.). • Ausencia de contacto ffsico con el elemento metalico detectado. Por ello, pueden detectar piezas de muy poco peso, recien pintadas, etc. • Frecuencias
de conmutacion
• Construccion compacta, que los hace insensibles alas vibraciones.
150
AUTOMATISMOS
Y CUAOROS
Ne
muy elevadas.
ELECTRICOS
Fig. 3 -
Detectores de proximidad inductivos corriente alterna a 2 hilos.
para
UNIDAD
DIDAcTICA
En el tipo NA de la figura anterior, el contactor K esta desacti vado en ausencia de objeto metalico. Al acercarIo al detector, este se hace conductor y el contactor se activa.
11: Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
noy
En el tipo NC es al contrario. Tambien existe el detector inductivo a 2 hilos para corriente continua. Puede usarse en el rango de tension que fija el fabricante (12-24 V, 0 bien 12-48 V), Ytambien admite las variantes NA y Ne. Normalmente no tienen polaridad, siendo indiferente la conexi6n de sus bornas a los polos + Y - de la alimentaci6n (Fig. 4).
\
I
o[ }
3
SI J---\,.:-y--------------------------2
S4
KMI
Fig. 5 -
KM2
Detecci6n
inductiva
de fin de recorrido.
El detector a dos hilos tiene un inconveniente: siempre existe en el una pequefia corriente de fuga en estado N A. Esto puede ocasionar el acti vado permanente de ciertos reles que precisan muy poca intensidad en sus bobinas, para ser activados. En el detector inconveniente.
Ne
NA
Fig. 4 -
Detectores inductivos de proximidad, para corriente continua a 2 hilos. Variantes NAy NC.
a tres hilos
ya no existe
este
Se alimenta en corriente continua, y admite las versiones PNP 0 NPN segun la polaridad que deba tener el contactor 0 rele a acti var. La versi6n PNP tiene las dos variantes conocidas NA y NC, segun que deba producirse activado 0 desactivado en presencia de objeto metalico (Fig. 6).
En versi6n de dos hilos, tambien existen modelos que conmutan indistintamente en corriente continua y en corriente alterna. Los rangos de tensi6n suelen ser de:
..
24 - 240 V . SO / 60 Hz para aIterna. 24 - 210 V para continua. Un detector inductivo de dos hilos se comporta electricamente como un final de carrera que se abre 0 se cierra al ser activado. Refiriendonos al mecanismo de la Fig. 20 de la D.D. anterior, podemos reemplazar los dos finales de carrera S4 y SS por dos detectores inductivos. Si empleamos un selector para el circuito de mando, su correspondiente esquema sera el de la Fig. 5.
PNP
~\ BU
+
.. _--
BN
.._--
:;'1
I BK
Q
BU
K
Fig. 6 -
+
BN
Detectores
Q K
inductivos
AUTOMATISMOS
BK
a tres hilos. Tipos PNP.
Y CUADROS
ELECTRICOS
151
UNlOAD
DIDAcTICA
11' Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
La proximidad de un objeto met
55 ;;1 55 +
+
BN
I BK
BK
{p\ BU
BU
.._--
Fig. 7 -
Detectores
inductivos
.....
...
BN
_-
PNP
a tres hilos. Tipo NPN.
En ambos tipos existe la variante de doble conmutaci6n, es decir, la posibilidad de tener dos salidas opuestas: cuando una conduce, la otra no conduce y viceversa. Tienen, por tanto, cuatro hilos, y pueden actuar sobre dos contactores 0 reles (Fig. 8).
~1}
\
RV
Fig. 9 -
+ Detector
I BK
{p\ BU
contador
_-- +
.~
de impulsos.
Un detector de frecuencia de impulsos puede tener un rango de 6 - 150 impulsos / min, 0 de 120 -3000 impulsos / min, etc.
+
BN NPN\-1 BK (N~A)
<0>
NPN,
Wi-i(NC)
<0>
BU
Fig. 8 -
+
Detectores
\-1
inductivos
BK(N~
Cuando los contactores tienen bobina para 230 V en corriente alterna, el detector inductivo a tres hilos no es operativo porque actua en continua.
BN (Ne)
a cuatro
hilos.
Una variante interesante del detector inductivo a dos y tres hilos la constituye el contador de impulsos. Instalado para la detecci6n en una disposici6n como la que muestra la Fig. 9, "cuenta" el numero de activados por minuto que experimenta. Si ese valor es inferior al prefijado en el propio detector, este no produce el activado del rele 0 contactor. Si es igual 0 mayor, 10 produce. 152
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
Es posible utilizar este detector para controlar la velocidad de un motor 0 de algun eje de la maquina que arrastra. Efectivamente, podemos colocar un disco como el de la figura anterior (con varios resaltes 0 con uno solo) en un extremo libre del eje en cuesti6n e instalar el detector. Su activado a cierta velocidad puede servirnos para pasar un motor de estrella a triangulo, para arrancar otro motor, etc.
Para tal caso se construyen contienen:
bloques de sal ida, que
• Un transformador / rectificador para proporcionar corriente continua al detector. • Un rele interno auxiliar, activado por el detector. Este rele interno tiene un contacto NANC que puede realizar conmutaciones en cualquier tensi6n, ya que es independiente del mecanismo detector (Fig. 10).
UNIDAD DIDAcTICA
11: Componentes
provoca la aparicion alimentacion U en asegurarse de que perfectamente dicha
del circuito de mando (Ill)
de la totalidad de la tension de el que no conduce. Hay que cualquiera de ellos soporta tension.
Si un detector inductivo a 2 hilos esta en serie con un contacto electrico normal S l, la apertura de este le deja sin alimentacion al detector. Como transcurre un cierto tiempo entre ser alimentado un detector y resultar operativo, puede aparecer algun problema por este "retraso a la disponibilidad". 230 V BN
u
PNP
I
BK
«p\
Q---
BU
u
-r
A2
-r
" I 14
SI
13
I
Fig. 10 -
Bloque auxiliar
de detector
B2
inductivo.
En el circuito de la Fig. 11, el contactor KM tiene una tension de activado de 48 V. Si se encuentra activado, el acercamiento de un objeto metalico al detector provoca su desactivado.
--,
230 V
48 V
SI [~
AI +
BN
~\
I BK
I1
~
I
\
B2 ~
KM
KM
Fig. 12 -
\
Detectores
de proximidad
en serie.
Tambien debido a ese retardo, puede no ser aconsejable el acoplamiento en paralelo de dos detectores de proximi dad a dos hilos, 0 de uno y un contacto electrico normal (Fig. 12). Cuando uno de ellos, 0 el contacto S2, se cierran, el detector que no conduce se queda sin tension (Fig. 13).
u
u
BU
TI
13
A2
r
l
I
KM BI
Fig. 11 -
Detector inductivo a tres hilos y bloque auxiliar, asociado al control de un contactor.
I
~\
Los detectores de proximidad pueden acoplarse en serie 0 en paralelo, teniendo presentes las indicaciones siguientes. Si estan dos detectores a dos hilos en serie (Fig. 12), el cierre 0 conduccion de uno de ellos
B2
I
~\
I
BI ~
KA
Fig. 13 -
Conexiones
S2
\
KA
de un detector paralelo.
a dos hilos en
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
153
UNIDAD
DIDAcTICA
11: Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
Los detectores a 3 hilos pueden colocarse en serie y en paralelo. En el primer caso, hay una cierta caida de tension en cada detector que conduce. A causa de ello, puede ocurrir que si hay un cierto numero de detectores en serie, todos conduciendo, le llegue al contactor una tension insuficiente para su activado (Fig. 14).
u -r-
u
Bl
I
«)
El
I
B2
fotoeh~ctricos.
Los detectores de proximidad precisan para realizar su funcion que el objeto a detectar se encuentre a una distancia relativamente corta de su superficie sensible. Cuando los objetos son de cualquier indole y las distancias relativamente grandes, recurrimos a los detectores fotoelt~ctricos 0 fotocelulas (Fig. 16).
I
«)\
«)\
\
2. Detectores
I B2
«)
\
Fig. 16 - Detectores fotoelectricos. KM
KM
SERIE
PARALELO
Fig. 14 - Agrupaci6n de detectores de proximidad a 3 hilos.
Cuando el elemento a detectar no es metalico, puede realizarse su deteccion por medio de un sistema capacitivo. Un detector de proximidad capacitivo se activa ante la proximidad de todo tipo de materiales conductores 0 no, tales como vidrio, madera, agua, aceite, plasticos, etc. Se basa en un principio de capacidad electroestatica, y tanto a nivel constructivo, como de conmutacion, es similar al inductivo (Fig. 15).
Un detector fotoelectrico dos elementos:
consta esencial mente de
• un emisor de luz, casi siempre infrarroja. • un organo fotosensible dicha. De la incidencia fotocelula, depende conmutacion.
0
fotocelula propiamente
no incidencia de luz en la el estado de un elemento de
0
En el sistema constructi vo del detector fotoelectrico hay tres variantes: • De barrera • De reflexion • De proximi dad En el sistema de barrera, los elementos emisor y receptor estan situados en bloques independientes. En la Fig. 17, el emisor (a la derecha) lanza un rayo de luz hacia el receptor (izquierda). Esta barrera de luz es interceptada por el elemento a detectar (una rueda, en el caso de la figura), y se produce una conmutacion en el receptor.
Fig. 15 - Detectores de proximidad capacitivos. 154
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
En el sistema de reflexi6n, el emisor y el receptor estan en el mismo bloque. El rayo de luz se refleja en un espejo especial y retorna, incidiendo en el elemento fotosensible.
UNlOAD
DIDAcTICA
11: Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
En el sistema de barrera, el emisor de luz se alimenta, en general, a igual tension que el receptor. Si se trata de corriente continua, los rangos usuales son de 12-24 V 0 24-48 V. En alterna es de 24 -230 V (Fig. 20). En los otros sistemas, alimentacion.
hay una unica tension de
Fig. 17 - Detecci6n fotoelectrica por barrera.
La presencia de un objeto opaco entre ambos rayos de luz produce un activado similar al anterior (Fig. 18).
Fig. 18 - Detecci6n fotoelectrica por reflexi6n. Si la reflexion del rayo se produce en la misma superficie del objeto detectado, estamos ante el detector fotoe1ectrico de proximidad. Su efecto de activado es opuesto al de los sistemas anteriores, ya que se invierte el efecto ausencia / presencia de objeto: • si hay objeto, la fotocelula recibe luz. • si no hay objeto, no recibe luz. (Fig. 19).
Fig. 20 - Emisor de luz. Sfmbolo.
Los receptores a 2 hilos de cualquiera de los tres sistemas pueden ser alimentados a tension alterna (24 -240 V) 0 a tension continua / alterna, indistintamente. Existen las variantes cons tan en la Fig. 21.
de receptor
NC y NA que
En ellas podemos distinguir la funcion "luz" y la funcion "sombra". En el tipo de funcion "Iuz" NC, la intercepcion de un objeto en el haz luminoso provoca la apertura del contacto. En la funcion "sombra", provoca e1 cierre del contacto. En los detectores de proximidad es a la inversa: el tipo "luz" es el NA y el "sombra" el NC, ya que su deteccion es opuesta a las dos.
Fig. 19 - Detecci6n fotoelectrica por proximidad.
El detector a 2 hilos se coloca, simplemente, en serie con e1 rele 0 contactor a activar Fig. 22. Respecto a su conexion en serie de detectores a 2 hi los, 0 de uno de ellos con un contacto mecanico (pulsador, final de carrera), existe el problema del retardo a la disponibilidad, que ya conocemos.
Respecto al conexionado electrico y las caracterfsticas constructi vas, los detectores fotoe1ectricos tienen similitudes con los inductivos de proximidad.
El detector a tres hilos es para corriente continua. Para cada tipo de funcion (luz 0 sombra), existe la variante PNP 0 NPN segun la polaridad del contactor. AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
155
UNIDAD DIDAcTICA
11: Componentes
del circuito de mando
objeto R
objeto KA
R
~
[?-------~~-----9 [?-------~ I
~
I -I© ~~ l -I© ---~
Funci6n luz
CON
-[[J -© ~ --~ © ---
Reflexi6n
Funci6n sombra
Funci6n luz
Funci6n sombra
+
e
I
...•..
--r230
v
...• ..
(
{ sin objeto con objeto { sin objeto
\ \
KA PNP
FUNCION
LUZ
NPN
KA
+
(
con objeto
+
(
{ sin objeto con objeto { si n objeto
\ \
con objeto
(
Fig. 21 - Tipos de conmutaci6n en detectores fotoelectricos
+
I
Barrera
I l
(Ill)
a 2 hilos.
---r--r230 V
KA PNP
FUNCION
SOMBRA
Fig. 23 - Detectores fotoeiectricos
NPN
a 3 hilos.
En el detector a cinco hilos, existe un pequefio rele interno con un contacto NANC. Este contacto reemplaza al NC y NA, con la ventaja de poder conmutar tensiones independientes del aparato (Fig. 24). Se alimenta indistintamente en continua 0 en alterna, en un amplio rango de tension (24 - 240 V ~).
S
KA
KM AI
Fig. 22 - Conexi6n de fotocelulas a 2 hilos.
..----
It 14
12
La Fig. 23 ofrece las cuatro variantes para barrera y reflexion. Para proximidad, los contactos NC y NA estan invertidos.
A2
Fig. 24 - Detector fotoelectrico
156
AUTOMATISMOS Y CUADROS ELECTRICOS
a 5 hilos.
UNIDAD
DIDAcTICA
11: Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
En los dos esquemas de la Fig. 25, utilizamos un detector fotoe1ectrico de reflexi6n para el mando de un motor trifasico. En ambos casos, el motor se detiene en presencia de un objeto en el haz luminoso.
48 y=
+
230 Y
i
~
5 ~-v-
53 ~'V'
FI \--~ KM
BN
@
©
BK ..1----
F2
BU Al
@
© -..--
B
cb
A2 KM
KM
Fig. 25 - Parada de un motor par detecci6n fotoelectrica.
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
157
UNIDAD
DIDAcTICA
11: Componentes
del circuito
de mando
(Ill)
ACTIVIDADES
1. Examinar los tamafios y formas constructivas de los detectores de proximidad de que se disponga. Tomar nota de sus caracterlsticas electricas, tales como margen de tension de alimentacion 0 intensidades de conmutacion. 2. Realizar conmutaciones sencillas (l
158
AUTOMATISMOS
Y CUADROS
ELECTRICOS
diversas, el rayo de luz, para verificar la sensibilidad y la rapidez de la conmutacion. Prestar atencion al adecuado alineado fotodetectores de barrera y reflexion.
en los
4. Realizar acoplamientos en serie y en paralelo de detectores de proximidad a dos y tres hilos, verificado su funcionamiento. 5. Realizar motores, inversion medio de
esquemas de circuitos con uno 0 dos en los que el arranque, el paro 0 la de giro de los mismos se realice por detectores de proximidad 0 fotoe1ectricos.
