INFORME DE LABORATORIO N 1
FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
PRÁCTICA DE INTRODUCCION AL DISEÑO ELECTRICO
INTEGRANTES:
Zavaleta,Lenin
Andrade Tenorio, Jherson
Rivera Rodas,Efrain
Herrera Arauco,Juan Carlos
El objetivo de este experimento consiste en aprender a ocasionar un arranque de motor trifásico haciendo uso del relé térmico y del contactor.
EQUIPO UTILIZADO Y SU FUNCIONAMIENTO RELE TERMICO Los Relés Térmicos son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua.
Características: - Relé térmico de sobrecarga evita la quema de línea y red con la sobrecarga y bloqueo del motor. - Instalación de cubierta de seguridad para la prevención de contacto. - Parte de la estructura de separación Principal del poder y Aparatos están diseñados para ser separadas de manera que la seguridad es mejor. - fácilmente accesible a los usuarios de operación. - Temperatura ambiente Aplicada: -10 ℃ ~ 60 ℃. -Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento anómalas. -La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas. -Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas. Esta clase de relé tiene tres tipos bien diferenciados:
a) Relé tripolares: son usados en cualquier tipo de fase -monofásicos, bifásicos y trifásicos-.
Su componente principal, es un conjunto de tres bimetales, que se dispara cuando el coeficiente de dilatación se sobrepasa.
b) Relé compensado: Son los que no se ven afectados por la temperatura ambiente.
c) Relé diferencial: Son los que detectan un corte en alguna fase o un desequilibrio entre fases. Principio de funcionamiento de los relés térmicos tripolares Los relés térmicos tripolares poseen tres biláminas compuestas cada una por dos metales con coeficientes de dilatación muy diferentes unidos mediante laminación y rodeadas de un bobinado de calentamiento. Cada bobinado de calentamiento está conectado en serie a una fase del motor. La corriente absorbida por el motor calienta los bobinados, haciendo que las biláminas se deformen en mayor o menor grado según la intensidad de dicha corriente. La deformación de las biláminas provoca a su vez el movimiento giratorio de una leva o de un árbol unido al dispositivo de disparo. Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor de reglaje del relé, las biláminas se deformarán lo bastante como para que la pieza a la que están unidas las partes móviles de los contactos se libere del tope de sujeción. Este movimiento causa la apertura brusca del contacto del relé intercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierre del contacto de señalización. El rearme no será posible hasta que se enfríen las biláminas.
Interruptor Automático Magnetotérmico Es un aparato utilizados para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Su funcionamiento se basa en un elemento térmico, formado por una lámina bimetálica que se deforma al pasar por la misma una corriente durante cierto tiempo, para cuyas magnitudes está dimensionado (sobrecarga) y un elemento magnético, formado por una bobina cuyo núcleo atrae un elemento que abre el circuito al pasar por dicha bobina una corriente de valor definido (cortocircuito).
Funcionamiento Al circular la corriente por el electroimán, crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el contacto C, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor magnetotérmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente. La otra parte está constituida por una lámina bimetálica (representada en rojo) que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de trazos lo que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del contacto C. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas
por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos. Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca. El dispositivo descrito es un interruptor magnetotérmico unipolar, por cuanto sólo corta uno de los hilos del suministro eléctrico. También existen versiones bipolares y para corrientes trifásicas, pero en esencia todos están fundados en los mismos principios que el descrito.
Contactor Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden. Funcionamiento Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías. Los contactos auxiliares son de dos clases abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones , los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo. Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente, esta mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo a través de los polos, el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser: •
Por rotación, pivote sobre su eje.
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Por traslación, deslizándose paralelamente a las partes fijas.
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Combinación de movimientos, rotación y traslación.
Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil.Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en serie. Clasificacion de los contactores por su construcción: Contactores electromagnéticos Su accionamiento se realiza a través de un electroimán. Contactores electromecánicos Se accionan con ayuda de medios mecánicos. Contactores neumáticos Se accionan mediante la presión de aire.
Contactores hidráulicos Se accionan por la presión de aceite. Contactores estáticos Estos contactores se construyen a base de tiristores. Estos presentan algunos inconvenientes como:Su dimensionamiento debe ser muy superior a lo necesario,la potencia disipada es muy grande, son muy sensibles a los parásitos internos y tiene una corriente de fuga importante además su costo es muy superior al de un contactor electromecánico equivalente. Por el tipo de corriente que alimenta a la bobina Contactores para corriente alterna Artículo principal: Corriente alterna Contactores para corriente continua Artículo principal: Corriente continua Por la categoría de servicio Las aplicaciones de los contactores, en función de la categoría de servicio, es: •
AC1 (cos φ>=0,9): cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica.
Son para condiciones de servicio ligeros de cargas no inductivas o debilmente inductivas , hornos de resistencia , lamparas de incandesencia , calefacciones eléctricas (NO MOTORES) •
AC2 (cos φ=0,6): motores síncronos (de anillos rozantes) para mezcladoras, centrífugas.
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AC3 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio continuo para aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores.
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AC4 (cos φ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio intermitente para grúas, ascensores.
Criterios para la elección de un contactor Debemos tener en cuenta algunas cosas, como las siguientes: 1. El tipo de corriente, la tensión de alimentación de la bobina y la frecuencia. 2. La potencia nominal de la carga. 3. Si es para el circuito de potencia o de mando y el número de contactos auxiliares que necesita. 4. Para trabajos silenciosos o con frecuencias de maniobra muy altas es recomendable el uso de contactores estáticos o de estado sólido. Ventajas de los contactores
Los contactores presentan ventajas en cuanto a los siguientes aspectos, por los que se recomienda su utilización: automatización en el arranque y paro de motores, posibilidad de controlar completamente una máquina, desde varios puntos de maniobra o estaciones, se pueden maniobrar circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes muy pequeñas, seguridad para personal técnico, dado que las maniobras se realizan desde lugares alejados del motor u otro tipo de carga, y las corrientes y tensiones que se manipulan con los aparatos de mando son o pueden ser pequeños, control y automatización de equipos y máquinas con procesos complejos, mediante la ayuda de aparatos auxiliares(como interruptores de posición, detectores inductivos, presostatos, temporizadores, etc.), y un ahorro de tiempo a la hora de realizar algunas maniobras. A estas características hay que añadir que el contactor: •
es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados.
• se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de control (cambio de bobina). • facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos esclavos, impidiendo que la máquina se ponga en marcha sin que se hayan tomado todas las precauciones necesarias. • protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura instantánea por debajo de una tensión mínima). •
funciona tanto en servicio intermitente como en continuo.
Partes del contactor: •
Carcaza:
Es el soporte fabricado en material no conductor, con un alto grado de rigidez y rigidez al calor, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores del contactor. •
Electroimán:
Es el elemento motor del contactor. Esta compuesto por una serie de elementos cuya finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando un campo magnético muy intenso, el cual a su vez producirá un movimiento mecánico. •
Bobina:
Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado y un gran numero de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético. El flujo magnético produce un electromagnético, superior al par resistente de los muelles (resortes) que separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. Cuando una bobina se energía con A.C la intensidad absorbida por esta, denominada corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito prácticamente solo se tiene la resistencia del conductor. Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura, a pesar del gran entrehierro y la resistencia mecánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que se cierra el circuito magnético, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce considerablemente, obteniendo de esta manera una corriente de mantenimiento o trabajo mucho más baja. •
Núcleo:
Es una parte metálica, de material ferromagnetico, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcaza. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura. •
Armadura:
Elemento móvil, cuya construcción se parece a la del núcleo, pero sin espiras de sombra, Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, ya que en este estado de reposo debe estar separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina entre hierro o cota de llamada. Las características del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito magnético, se realizan en forma muy rápida (solo unos 10 milisegundos). Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no lograra atraer la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez necesaria. •
Contactos:
Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente, tanto en el circuito de potencia como en circuito de mando, tan pronto se energice la bobina, por lo que se denominan contactos instantáneos. Todo contacto esta compuesto por tres elementos: dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura, para establecer o interrumpir el de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva un resorte que grantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes.
• Contactos principales: Su función especifica es establecer o interrumpir el circuito principal, permitiendo o no que la corriente se transporte desde la red a la carga. • Contactos auxiliares. Contactos cuya función especifica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactares o los elementos de señalización, por lo cual están dimencionados únicamente para intensidades muy pequeñas.
Embobinado Embobinado es la parte eléctrica del motor que esta ubicada junto con el estator y que se encarga de crear un campo magnético que produce un movimiento hacia el rotor produciendo así un cambio de energía eléctrica a mecánica. El embobinado, esta constituido por un determinado numero de vueltas de alambre magneto los cuales forman las llamadas bobinas que son alojadas en un espacio que se encuentra en el estator. Este espacio es conocido como ranuraciones que pueden ser de dos tipos, abiertas o semicerradas estas ranuras están formadas por laminaciones con aleaciones de silicio. Desde hace mucho tiempo el motor de inducción tipo Jaula de ardilla a sido el muy importante dentro de la industria por su simplicidad, fuerte construcción y bajo costo de fabricación, con el empleo cada vez más extenso de controles electrónicos por ajunte de frecuencia, el motor de inducción de corriente alterna parece encontrarse en ventaja para mantenerse en liderazgo. Tipos de embobinado Existen varios tipos de embobinas entre los cuales se encuentran a.
Embobinado tipo Diamante
b.
Embobinado tipo Canasta
motor trifásico un motor eléctrico es una maquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas, en este caso hemos usado un motor de arranque alterno trifásico , el sistema trifasico esta formado por 3 corrientes monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y están desfasados simétricamente.
Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es un desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. El motor trifásico se compone fundamentalmente de un rotor y un estator. Ambas partes están formadas por un gran número de laminas ferro magnéticas, que disponen de ranuras, en las cuales se alojan los devanados estatóricos y rotóricos respectivamente. Al alimentar el bobinado trifásico del estator, con un sistema de tensiones trifásicas, se crea un campo magnético giratorio, el cual induce en las espiras del rotor una fuera electromagnética, y como todas las espiras forman un circuito cerrado, circula por ellas una corriente, obligando al rotor a girar en el mismo sentido que el campo giratorio del estator. En relación con su tensión, éstos motores cuando su utilidad es industrial suelen ser de 230 V y 400 V, para máquinas de pequeña y mediana potencia, siendo considerados de baja tensión. No sobrepasan los 600 KW a 1500 r.p.m. Los motores de mayor tensión, de 500, 3000, 5000, 10000 y 15000 V son dedicados para grandes potencias y los consideramos como motores de alta tensión. Los motores que admiten las conexiones estrella y triángulo, son alimentados por dos tensiones diferentes, 230 V y 400 V, siendo especificado en su placa de características. Respecto a su frecuencia en américa se utilizan los 60 Hz. Aunque la frecuencia de red tenga fructuaciones, siempre que no superen el 1%, el motor rendirá perfectamente. Mayores fructuaciones afectará directamente sobre el rendimiento de su potencia. De hecho, para variar la velocidad de esta clase de motores se manipula la frecuencia. Con respecto a la velocidad los motores trifásico son construidos para velocidades determinadas que corresponden directamente con las polaridades del bobinado y la frecuencia de la red. Respecto a la intensidad, el motor trifásico absorbe de la red la intensidad que necesita, dependiendo siempre de la fase en que se encuentre. Por ésta razón existen diferentes modos de arranques, para ahorrar energía y preservar el motor. En sobrecarga pueden asumir un incremento de la intensidad de hasta 1.5 la intensidad nominal sin sufrir ningún daño durante dos minutos. También se tienen que tener en cuenta las pérdidas que tienen los motores trifásicos, sus causas son varias. El rendimiento de los motores de calculan en sus valores nominales, que son los indicados en las placas de características. Presentan pérdidas de entrehierro, por rozamiento, por temperatura y en el circuito magnético. Los rotores de jaula de ardilla (con rotor en cortocircuito) son los más usados por su precio y su arranque. En cambio, los motores de rotor bobinado o también llamados de anillos rozantes necesitan ser arrancados con resistencias rotóricas, lo que incrementa su precio y su complejidad. Los motores de rotor cortocircuitado no llevan escobillas, pero si las llevan los que son de colector y de rotor bobinado.
Pulsador Un pulsador o botón eléctrico es un interruptor automatico cuya función consiste en activar alguna función, sonsite en un botón el cual al presionarlo abrirá o cerrara un contacto dependiendo si es que se trata de un pulsador de circuito abierto o de circuito cerrado respectivamente,
DESCRIPCION DEL CIRCUITO DE ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es importante. La corriente primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales. Por tanto, se obtiene una punta de corriente importante en la red Características • •
El estator se acopla directamente a la red. La corriente inicial es de 6 a 8 veces la nominal. Se considera para cálculos
• •
El par máximo se alcanza aproximadamente al 80 % de la velocidad nominal. El motor solo necesita tres bornes U – V – W. La conexión interna dependerá de la tensión de la línea. • La potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que provoca la corriente inicial de arranque.
• La caída de tensión provocada por la corriente de arranque del motor perturba el buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea, por ejemplo en el caso de las escaleras mecánicas, será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente de arranque o el par de arranque. En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida.
Para arrancar un motor a trifásico es necesario diseñar y montar dos tipos de circuitos uno que permita alimentar al motor desde las líneas de la red eléctrica este circuito es llamado “circuito de potencia” y otro que nos permita controlar el encendido y apagado del motor este circuito es llamado “circuito de control”. DESCRIPCCION DEL CIRCUITO DE POTENCIA El circuito de potencia es el que nos permite alimentar a nuestro motor trifásico con jaula de ardilla, para ello será necesario utilizar dispositivos de maniobra así como también dispositivos de protección contra cortocircuito, fallas a tierra y sobrecarga o sobretensión sostenida. Los dispositivos que
usaremos para dicho fin son: 3 interruptores termomagnéticos, 3 fusibles, 1 contactor y 1 relé térmico. El circuito utilizado se muestra a continuación:
Describamos ahora el funcionamiento del Circuito de Potencia
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En primera instancia utilizamos interruptores termomagnéticos los cuales cumplen la función de un equipo de maniobra y de protección contra cortocircuito (protección de la parte magnética) y sobrecarga sostenida (protección térmica) de esta manera protegemos a nuestro circuito. Parte magnética: Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente. Parte térmico: La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a una posición que provoca la apertura del contacto. Esta situación es típica de
una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se eleva la corriente por conexión de aparatos o mal funcionamiento de los mismos.
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En segunda instancia utilizamos un fusible el cual se funde a una determinada temperatura sirve como equipo de protección contra sobrecargas.
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Luego de que la corriente fluya por el interruptor termomágnetico y por el fusible, pasa por el contactor el cual es un equipo de maniobra que permite el paso de la corriente por sus seis contactos principales siempre que este energizada su bobina lo cual se hace colocando los contactos A1 y A2 a una diferencia de potencial y de esta manera cierra los contactos principales (este manejo se realiza desde el circuito de control).
•
Luego utilizamos un relé térmico el cual irá conectado al contactor como se muestra a continuación: Si el motor sufre una avería y se produce una sobreintensidad, unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladas alrededor de un bimetal), consiguen que una lámina bimetálica, constituida por dos metales de diferente coeficiente de
dilatación, se deformen, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se produce el cambio o conmutación de los contactos, de esta manera protegiendo a nuestro circuito contra posibles fallas sucedidas en el motor.
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Finalmente luego de que las corriente de las tres fases R, S y T fluyan por los dispositivos de maniobra y protección, llegan respectivamente a los terminales U, V y W del motor en el cual debemos hacer que los contactos Z, X e Y sean un punto común, dicha configuración la mostramos a continuación.
Configuración de contactos del motor que nos permita que al activar la bobina del contactor (lo cual se hace en el circuito de control) este motor empiece a girar con la protección eléctrica adecuada.
DESCRIPCCION DELCIRCUITO DE CONTROL Este circuito permite controlar la energización de la bobina del contactor la cual abrirá o cerrará el circuito de potencia, para esto haremos uso de dos equipos de pulsadores (cada uno con un par uno abierto y otro cerrado) para controlar el encendido o apagado del motor desde dos puntos distintos.
S0, S1: Pulsador normalmente cerrado S2, S3: Pulsador normalmente abierto 13,14: Contactos NO auxiliares del contactor. A1, A2: Contactos de la bobina del contactor.
DESCRIPCCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE CONTROL •
Al presionar los pulsadores S2 ó S3 notar que el circuito se cierra y los contactos de la bobina del contactor están a una diferencia de tensión, de esta manera se energiza la bobina cerrando los contactos principales permitiendo que el circuito de potencia se cierre y el motor encienda.
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Estos pulsadores S2 y S3 se colocan en paralelo con los contactos NO (normalmente abierto llamado también contactos instantáneos de cierre) cuya función es cerrar un circuito, tan pronto se energice la bobina del contactor. En estado de reposo se encuentra abierto. Es decir bastará pulsar tan solo una vez los S2 ó S3 para que se energice la bobina del contactor hasta no volver a abrir el circuito, permitiendo así que el motor se prenda. Si presionamos los pulsadores S1 ó S0, observemos que el circuito se abre desenergizando así la bobina del contactor y por consiguiente parando el motor.
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