Mcintyre R L - Control de Motores Electricos(1)

Control de motores eléctricos

Fundamentos de los sistemas de control

económica. El control semiautomático se emplea principalmente para facilitar las maniobras de mando y dar flexibilidad a las maniobras de control en aquellas instalaciones en las que el control manual no es posible.

Línea

Panel de la red

Control primario

Motor rotor de anillos

La clave de la clasificación como sistema de control semiautomático es el hecho de que los dispositivos piloto son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagnético. Probablemente hay más máquinas manipuladas por control semiautomático que por control manual o automático. Este tipo de control requiere un operador que inicie cualquier cambio en la posición o condición de funcionamiento de la máquina. Mediante el uso del arrancador electromagnético puede realizarse este cambio desde un lugar o puesto de trabajo cómodo o necesario, lo que no es posible con el control manual que debe maniobrarse en el mismo lugar en que está situado el arrancador. Línea

Cambiador tipo tambor

Resistencias rotor

Fig. 1-2 Control de un motor con rotor de anillos. a nillos.

Existen algunos controladores manuales cuya clasificación presentaría alguna dificultad a causa de que realizan también funciones de control que no son automáticas. El control manual se caracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botón para que se efectúe cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la máquina o del equipo en cuestión.

Panel de la red

Arrancador Arrancador electromagnético

Pulsadores remotos Motor

1-3 Control Semiautomático

Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos análogos (fig. 1-3). Probablemente los mandos más utilizados son los cuadros de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente

Fig. 1-3 Control semiautomático de un motor.


secciones de este libro nos han servido de ejemplo. Un diagnosticador experto sabrá separar en ramas sencillas un circuito por muy complicado que sea hasta llegar a localizar él componente defectuoso de la manera que aquí hemos explicado. Preguntas de repaso

1. ¿Cuándo es necesario verificar completamente las conexiones de todo el circuito de control? 2. ¿Por qué deben ser desconectados los terminales de una bobina a fin de determinar exactamente si el arrollamiento de ésta está deteriorado o no? 3. ¿Es necesariamente de naturaleza eléctrica la avería en un circuito de control? 4. ¿Se puede afirmar que un circuito eléctrico que comprenda contactos móviles está perfectamente cerrado porque dichos contactos están cerrados? 5. ¿Por qué en el diagnóstico de averías se debe hacer funcionar una máquina en una parte de su secuencia de operaciones antes de tratar de localizar la avería? 6. ¿Cuáles son las dos causas posibles de disparo repetido de los relés de sobrecarga? 7. ¿Debe probar el circuito el reparador después de reparar un defecto, o debe intentar determinar todas las causas de avería antes de probar el circuito? 8. ¿Cuáles son las causas más frecuentes de avería en los arrancadores de motor? 9. Cuando se diagnostica un circuito que ha estado funcionando ¿procede comprobar que el conexionado es correcto? 10. ¿Cuál es la principal causa de avería de los dispositivos piloto tales como los interruptores de flotador o los de fin de carrera? 11. En la figura 9-1, ¿cuál será la causa más probable de que el circuito solamente funcione durante el tiempo en que se mantiene apretado el pulsador ARRANQUE? 12. ¿Cuál será la causa más probable de avería si, cuando se aprieta el pulsador ARRANQUE, el relé de control permanece excitado pero la bobina M 1 no hace el enganche? 13. ¿Cuáles serán los resultados de que los relés de sobrecarga del circuito de la bobina M 2 esté abierto mientras el compresor funciona? 14. ¿Qué es generalmente más difícil, hallar la causa de la avería o repararla después de localizada? 15. ¿Cuál de los dos trabajos mencionados en la pregunta 14 requiere más conocimientos?

R.L. Mc.Intyre

Diagnóstico de averías en los circuitos de control


6-8 PROYECTO DEL CIRCUITO 7

Este circuito corresponde al control de un motor de tres velocidades, debiendo ser dicho control selectivo (Sec. 3-9). Para satisfacer el requisito de un control selectivo de velocidad deberán emplearse tres circuitos sencillos de arranque, uno para cada velocidad, a fin de que el operador pueda arrancar al motor en cualquiera de las tres velocidades. Para pasar a la siguiente tendrá que apretar el pulsador de paro y a continuación el de la velocidad correspondiente. Este circuito es el representado en la figura 6-8a Este circuito está desprovisto de toda forma de enclavamiento mediante el cual se pueda impedir que se activen dos velocidades al mismo tiempo, a no ser que disponga de enclavamiento mecánico. El enclavamiento eléctrico necesario se ha añadido en la figura 6-8b, en el que puede observarse que es posible aumentar la velocidad con sólo empujar el pulsador de la velocidad siguiente. Por ejemplo, si el motor está funcionando en la primera velocidad y se desea pasar a la segunda, el contacto de enclavamiento normalmente cerrado designado por M 3 estará cerrado y la bobina M 2 podrá ser excitada, con lo que se abrirá el contacto normalmente cerrado designado por M 2, desexcitándose así la bobina M 1 y por consiguiente el contactor correspondiente a la velocidad 1.

Desarrollo de los circuitos de control



La segunda especificación correspondiente al control independiente de velocidad después de alcanzada la velocidad nominal requerirá alguna modificación del circuito de la figura 6-10d . Para poder seleccionar a voluntad cualquier velocidad, el operador deberá poder abrir cualquiera de los contactos cerrados y cerrar cualquiera de los contactos abiertos del circuito secundario según se requiera para cada una de las velocidades.

La adición de un contacto normalmente cerrado en serie con cada contacto TC en el circuito de la figura 6-10d proporcionará los contactos equivalentes abiertos y cerrados en el circuito secundario. La adición de un contacto normalmente abierto en paralelo con cada grupo de dos contactos en serie proveerá el efecto de cerrar cualquiera de los contactos abiertos del circuito secundario. Estos contactos están representados en la figura 6-11. En la figura 6-12 puede verse el accionamiento mediante pulsadores de los contactos adicionados de la figura 6-11 y que satisface la segunda condición del control: variación de velocidad. El S 4 debe poseer un contacto temporizado al cierre en serie con el circuito de control de velocidades con el fin de garantizar que el motor ha sido acelerado hasta la velocidad de régimen antes de que se le pueda hacer funcionar en una velocidad inferior.

El circuito de la figura 6-10c proporciona un grado satisfactorio de enclavamiento, ya que los contactos de S 2, S3 y S4 se abren siempre que se aprieta el botón PARADA y restaura toda la resistencia en el circuito secundario del motor. Este circuito satisface la primera especificación del proyecto de circuito.

El pulsador correspondiente a la velocidad inferior excita el relé LS . Seis contactos LS normalmente cerrados están conectados en serie con los contactos TC según el circuito de la figura 6-11. Cuando se aprieta el pulsador de velocidad baja, se excita el relé LS y se abren los seis contactos normalmente cerrados, los cuales vuelven a intercalar toda la resistencia en el circuito secundario, con lo que se consigue el funcionamiento en velocidad baja.



determinarán el tiempo adicional que debe invertir para practicar el proyecto de los circuitos de control.

10. Reemplazar el relé de dos posiciones del circuito de la pregunta 9 por un relé programador pare alternar el funcionamiento de las bombas cada 24 horas.

Preguntas de repaso

11. Cuatro motores que arrancan en orden o secuencia ascendente. Proveer un retardo de tiempo de 20 segundos entre los arranques de cada motor.

Proyectar circuitos para to siguiente: 1. Un motor controlado por una caja o panel de pulsadores ARRANQUE PARADA .

12. Cuatro motores que arrancan en secuencia selectiva.

2. Añadir al circuito anterior un segundo pulsador para arrancar el motor desde otro sitio. 3. Añadir al circuito anterior un interruptor de límite o de fin de carrera para parar el motor. motor. 4. Un motor controlado por un conjunto de pulsadores. Cuando este motor se para, arranca a un segundo motor que funciona hasta que es parado apretando un pulsador PARADA. 5. Revisar el circuito de la pregunta 4, de modo que el segundo motor funcione sólo durante dos minutos y luego se para automáticamente. 6. Tres motores conectados de modo que Sean todos ellos puestos en marcha por un pulsador ARRANQUE e interconectados de modo que si alguno de ellos no arranca por alguna causa, o se pare, se paren también los otros. El pulsador PARADA para a todos los motores. motores. 7. Dos bombas se ponen en marcha y se paran al mismo tiempo mediante un interruptor de presión. Conectar un interruptor manual de forma que las bombas funcionen alternadamente. 8. Añadir al circuito de la pregunta 7 un segundo interruptor de presión para arrancar la la bomba que está parada si la presión presión continúa bajando. 9. Reemplazar el interruptor manual del circuito de la pregunta 8 con un relé de dos posiciones pare alternar automáticamente las bombas ceda vez que se las pone en marcha.

13. Un motor de tres velocidades con arranque de secuencia selectiva. Proveer el control para que pueda ser reducida la velocidad sin accionar previamente el pulsador PARADA. (OBSERVACIÓN: esto es similar al frenado por inversión de marcha.) 14. Hay cuatro motores de ventiladores extractores en un edificio. Cada ventilador está equipado con un termostato. Si cualquiera de los termostatos, de contactos normalmente cerrados, se abre por efecto de una alta temperatura, se pararán todos los ventiladores.


Esquemas de los circuitos de control

5 Esquemas de los circuitos de control

Si nos encontráramos en un país extranjero y no fuésemos capaces de leer y hablar su idioma, veríamos cosas que nos son familiares tales como edificios, automóviles, periódicos y la gente, pero no seríamos capaces de saber lo que están haciendo a nuestro alrededor. Si pudiésemos hablar y comprender el lenguaje oral pero no pudiésemos leer las palabras escritas, nos faltaría algo para una comprensión completa. Algo parecido ocurre en las operaciones y diseños de control. Si dominásemos lo explicado en los cuatro primeros capítulos de este libro, podríamos hablar y comprender el lenguaje oral de los controles, pero hasta que no pudiésemos interpretar perfectamente los esquemas de circuitos de control, nos sería imposible adquirir una información completa. Este capítulo trata del lenguaje escrito de los circuitos de control y del propio control. El lector no debe darse por satisfecho hasta que pueda leer y comprender los planos o esquemas de control fácilmente y con suficiente rapidez. Cuando se aprende a leer inglés primero, hay que aprender las 26 letras del alfabeto que luego se combinan formando todas las palabras del idioma. Lo mismo ocurre con el lenguaje de control. Sólo hay algunos símbolos básicos que se utilizan para expresar el significado y la finalidad del circuito de control.


La principal dificultad es que aunque existen normas para los símbolos, no siempre se emplean estas normas y algunas veces es necesario casi adivinar lo que significan. Los símbolos utilizados en este capítulo son los de use más corriente.

5-1. Símbolos Con referencia a la figura 5-1, el símbolo 1 representa un contacto normalmente abierto que es accionado automáticamente. Podría representar un contacto de un arrancador, el contacto de un interruptor de fin de carrera o de límite, el contacto de un relé, o cualquier otro dispositivo que no requiera funcionamiento manual. El símbolo 2 representa un contacto normalmente cerrado por medios automáticos, y todo lo que es aplicable al símbolo 1 lo es también al símbolo 2, excepto su posición normal. El método de indicar qué es lo que activa este tipo de contactos se explicará en la sección 5-2. El símbolo 3 representa un contacto normalmente abierto accionado manualmente por pulsador. El símbolo 4 representa el mismo tipo de contacto excepto que está normalmente cerrado. El símbolo 3 para pulsador normalmente abierto debe ser dibujado de modo que la recta horizontal esté separada de los dos circulitos, pero no siempre se tiene este cuidado. Si el trazo horizontal se dibuja por encima de los circuitos, el símbolo representa un contacto normalmente abierto, aunque toque a los dos circulitos. El símbolo 4 debe estar dibujado de modo que el trazo horizontal toque a los dos circulitos en su parte inferior, pero no siempre se dibuja así. Siempre que el trazo horizontal esté por debajo de los circulitos, el símbolo sigue representando un contacto normalmente cerrado aunque dicho trazo no los toque. Una manera de recordar esto es pensar siempre que el símbolo corresponde a un pulsador. Si se pulsa el botón, representado por la línea vertical, el trazo horizontal se moverá de arriba abajo. Cuando dicho trazo está encima de los circulitos o puntos de contacto, éstos se cerrarán por la presión. Cuando está debajo de los circulitos, se apartará de ellos y abrirá el circuito. Los símbolos 5 y 6 representan contactos de accionamiento manual del tipo de interruptor de palanca, correspondiendo el 5 al contacto normalmente abierto y el 6 al normalmente cerrado.



conexionado en el caso de instalaciones con muchos conductores. Su principal ventaja reside en su utilidad en trabajos de montaje.


relativa de sus componentes. Su principal ventaja es que ayuda a identificar los componentes y los hilos tal como están realmente en el equipo. Los símbolos utilizados en este esquema (fig. 5-2 a) representan en esencia los componentes con los contactos y bobinas situadas en su posición física relativa.

Fig. 5-3 Esquema unifilar o por haces

Fig. 5-2 (a) Esquema general de conexiones. (b) Esquema en línea

5-2. Esquema General de Conexiones El esquema general de conexiones (fig. 5-2a ) se obtiene dibujando los símbolos correspondientes a cada componente en su correcta relación de dependencia física con los otros componentes y luego dibujando los piles entre los terminales correspondientes. En otras palabras, es un dibujo del equipo y de los hilos tal como están aproximadamente en la instalación. Por consiguiente, podemos decir que el esquema general de conexiones es una representación del circuito de control con la distribución y situación física

5-2. Esquemas en Línea El esquema en línea o explicativo (fig. 5-2b) es una representación del circuito con los elementos dispuestos en orden a su relación eléctrica. Supongamos que tenemos una parte de circuito de control que comienza en la línea 1 y continúa a través de cada contacto, interruptor y bobina pasta que se llega a la línea 2. Si todos los contactos, interruptores y bobinas están libres de sus montajes y el hilo está desconectado en el extremo, se puede tomar cada extremo del hilo y estirarlo. Entonces tendríamos un hilo recto, interrumpido en algunos sitios por los contactos, interruptores y bobinas. Esto es lo que se representa en un esquema en línea. Cada línea desde L1 hasta L2 representa un hilo y sus


Dispositivos de mando

Fig. 4-4 Presostato tipo diafragma (Cutler-Hammer, Inc.)

4-4 Interruptores de Límite

Fig. 4-3 Presostato tipo fuelle.

El segundo tipo utiliza un diafragma en lugar del fuelle (fig. 4-4) por lo demás, la acción del interruptor es idéntica tanto con muelle como con diafragma. La ventaja de un tipo sobre e1 otro depende mayormente de la instalación y de las presiones que intervienen y esto habrá que considerarlo en cada instalación.

Los interruptores de límite o de fin de camera están construidos de modo que un brazo, palanca o rodillo saliente del interruptor tropiece o sea empujado por alguna pieza del equipo móvil. El movimiento de este dispositivo se transfiere mediante, sistema de palancas a un juego de contactos, haciendo que éstos se abran o se cierren, según sean normalmente abiertos o normalmente cerrados (fig. 4-5).

Se observará que los interruptores de presión tienen un margen definido de presión dentro del cual pueden funcionar. Por ejemplo, un interruptor de presión construido para funcionar desde una presión muy baja hasta 1 kg/cm2 de presión no será adecuado para utilizarlo en una tubería en que la presión pueda variar de 10 a 20 kg/cm 2. Un tercer tipo de interruptor de presión, el tubo bourdon, emplea un tubo de forma semicircular y diseñado de modo que cuando la presión au menta tienda a enderezarse. Esta acción se transforma en un movimiento giratorio por un varillaje que dispara un interruptor de mercurio montado dentro de la caja o envolvente.

Fig. 4-5 Interruptor fin de carrera. (Square D Co.)


Hay una gran variación en el diseño interior y en la acción de estas unidades, pero también pueden clasificarse en dos tipos básicos en cuanto a su diseño mecánico. En las unidades no destinadas a un control de precisión, generalmente sus contactos están accionados directamente por la palanca o rodillo de la unidad. La mayoría de los fabricantes también construyen unidades de precisión que emplean un microinterruptor para permitir el funcionamiento mediante movimientos muy pequeños del tope o rodillo exterior del interruptor de límite. Lo mismo que con los interruptores de flotador, hay interruptores de límite que están construidos de modo que se arrolle un cable o cadena sobre un carrete que forma parte del propio interruptor de límite. Este movimiento de la cadena o cable se transforma en movimiento giratorio para el accionamiento del interruptor del tipo de tambor. Este tipo de interruptor de limite se utiliza cuando entre las posiciones límite del interruptor se debe prever un desplazamiento grande.


muchas revoluciones de la máquina para producir una revolución del interruptor de límite o de fin de carrera, con lo que se consigue extender el margen de control.

4-5 Interruptores de Caudal La finalidad de un interruptor de caudal es detectar el caudal líquido, aire o gas a través de una tubería o conducto y transformarlo en la acción de apertura o cierre de un juego de contactos. Un tipo de interruptor de caudal (fig. 4-7) utiliza una palanca con contactos en uno de sus extremos y una paleta o aspa en el otro. El extremo de la paleta se introduce en el tubo de modo que el flujo de líquido o gas actuando sobre ésta haga bascular la palanca y abra o cierre los contactos del accionador por el otro extremo.

Fig. 4-6 Interruptor de límite, tipo tambor. (Allen BradleyCo.)

Otro tipo de interruptor de límite (fig. 4-6) que emplea un interruptor del tipo de tambor está diseñado para montarlo directamente en un eje de modo que la rotación de la máquina haga girar el eje del interruptor. Los contactos de este tipo de interruptor de límite deben estar diseñados de modo que sean accionados por una leva para su cierre y apertura durante la rotación continua en el mismo sentido. Muchos interruptores de límite de este tipo están acoplados por medio de un engranaje de reducción a fin de que sean necesarias

Fig. 4-7 Interruptor de caudal, tipo diferencia presión.




Quizá la mejor manera de describir un contactor sea decir que es un interruptor de accionamiento electromagnético. Se compone de un juego de contactos fijos y un juego de contactos móviles que se cierran por el efecto de tracción de un electroimán. La mayoría de contactores utilizan un electroimán y un dispositivo de contactos que corresponde a uno de dos tipos generales. El primero de ellos es el tipo de armadura (fig. 3-1). Los contactos son retenidos por efecto de las piezas polares del electroimán y articulados con charnelas para que puedan desplazarse más o menos horizontalmente hasta tocar los contactos fijos.

Componentes de control

Todo lo que es necesario eléctricamente para que funcione el contactor es aplicar a la bobina del electroimán una tensión del valor correcto. Cuando es aplicada la tensión, los contactos se cierran, y cuando deja de ser aplicada la tensión, los contactos se abren.

Fig. 3-2 Contactor tipo solenoide. Fig. 3-1 Contactor tipo armadura.

El segundo es el tipo de solenoide (fig. 3-2). En este contactor los contactos son accionados por el extremo superior del núcleo magnético de un solenoide. Cuando es excitado el solenoide, el núcleo es atraído hacia su interior elevando así verticalmente los contactos hasta encontrar los contactos fijos sujetos al soporte del solenoide. Independientemente de que el contactor sea del tipo de armadura o del tipo de solenoide, los contactos se separan, interrumpiendo el circuito por la acción de la gravedad cuando se desexcita el electroimán.

3-3 Relés Los circuitos de control automático contienen generalmente uno o más relés, principalmente a cause de que el relé confiere flexibilidad a los circuitos de control. El relé es por su propia construcción un amplificador mecánico. Recapacitemos un momento acerca del significado de la palabra amplificar. Significa aumentar, ampliar, extender o incrementar. Cuando nosotros activamos o excitamos la bobina de un relé con 24 voltios y los contactos están controlando un circuito de 440 voltios, estamos amplificando la tensión mediante el uso del relé. Las bobinas del relé só1o necesitan una corriente muy pequeña para su funcionamiento y se utilizan para controlar circuitos de


de poca sección mientras que en el caso de motores de mayor potencia se emplean resistencias de mayor sección, de forma que se produzca en el elemento bimetal la temperatura debida cuando circule una intensidad de valor prefijado. Los elementos térmicos utilizados en los relés de sobrecarga poseen, por sí mismos, un retardo en su acción que es inversamente proporcional a la sobrecarga a que esté sometido, como puede verse en el gráfico de la figura 3-8. Cuando la sobrecarga es ligera, el motor sigue funcionando durante algún tiempo sin que actúe el relé, pero si la sobrecarga es grande, actuará casi inmediatamente, desconectando el motor de su fuente de alimentación y evitando que se deteriore.


prever altas temperaturas las resistencias de caldeo empleadas en el relé deben estar sobredimensionadas. También existen dispositivos bimetálicos destinados a compensar el efecto de los cambios de temperatura ambiente en el funcionamiento del relé. Los relés provistos de estos dispositivos reciben el nombre de relés de sobrecarga compensados. El tercer tipo de relés de sobrecarga es el electromagnético (figura 3-9). Su elemento básico es una bobina conectada de modo que sea sensible a la corriente del motor mediante el uso de transformadores de corriente o por conexión directa. Cuando la corriente excede el valor nominal del motor, la bobina del relé produce el desplazamiento del núcleo móvil situado en su interior y abre los contactos del circuito de control. Los relés electromagnéticos de sobrecarga se encuentran generalmente en arrancadores de motores grandes.

Fig. 3-9 Relé de sobrecarga, tipo electromagnético. (Allen-Bradley Company)

Fig. 3-8 Curva característica del relé de sobrecarga

Los relés térmicos actúan sólo por efecto del calor, influyendo por lo tanto la temperatura del aire que los rodea, por lo que en los lugares donde se ha de

Después de cada disparo o actuación del relé de sobrecarga debe volverse a su anterior posición (reenganche), ya sea automática o manualmente. El tipo de reenganche automático sólo se empleará en los casos que no presenten peligro al conectarse nuevamente el circuito a la red sin haber revisado la causa del disparo del relé. Después de disparado el relé de sobrecarga, necesita algún tiempo para enfriarse, por lo que siempre hay algún retardo antes de que se pueda realizar la reposición o reenganche.


arrancadores más grandes utilizan generalmente las del tipo armadura, aunque también se fabrica la gama completa a partir del NEMA, núm. 0 del tipo de solenoide.


por la misma de forma que evita la desaparición del flujo cuando la corriente de la bobina pasa por el valor nulo, evitando de esta forma la vibración que se produciría en los contactos. Aunque este método evita la vibración de la armadura, muchos arrancadores para grandes motores emplean la alimentación por corriente continua debido a la atracción constante de la armadura evitando la vibración.

(a)

(b) (c)

Caras polares

Bobina de compensación (espiras de cortocircuito)

Fig. 3-11 (a) Contactor del tipo armadura adoptado en arrancadores. 1. Charnela. 2. Brazo de contacto. 3. Contacto. 4. Protección del arco. 5. So por tes de con tac tos. 6. Bobina . 7. Pieza pol ar. 8. Resort e ten sor . (Squar e D. Conipan y.) (b) Construcción del tipo de solenoide de arrancadores de motor y contactores. (General Electric Co.)

El circuito magnético consiste, generalmente en una adaptación de uno de las tres formas magnéticas básicas (fig. 3-12). En la mayoría de arrancadores del tipo de armadura se utilizan los tipos E o C, y el tipo E modificado o el de solenoide se utiliza en los arrancadores de acción vertical. En el caso de ser excitada la de bobina por corriente alterna, las piezas polares del electroimán están equipadas con una bobina de sombra (fig. 3-12d). Ésta produce un desfase en el flujo que pasa por la porción de pieza polar abarcada

(d)

Fig. 3-12 Tipos básicos de electroimanes. (a) Tipo E. (b) Tipo C. (e) Tipo solenoide. (d) Pieza polar con bobina de sombra.

Hay también dos tipos básicos de contactos de uso general. En la mayoría de arrancadores pequeños se emplea el llamado tipo puente (figura 3-13) que permite una buena alineación y una acción propia de limpieza del contacto, debido al deslizamiento entre ellos y que contribuye a , prolongar la duración de los mismos. En general muchos de los arrancadores grandes emplean contactos móviles que reciben la acción de resortes o muelles destinados a producir la presión requerida de contacto (fig. 3-11a). La necesaria acción de deslizamiento entre los contactos fijos y móviles para realizar la limpieza de los mismos, se consigue dando a


Los arrancadores manuales a tensión reducida tipo autotransformador para motores de jaula (fig. 3-14), comprenden un conmutador de dos posiciones y un autotransformador. En la posición de arranque del conmutador el motor es alimentado por la línea a tensión reducida mediante un autotransformador, manteniéndose en esta posición hasta que el motor estabilice su velocidad, aplicándose en dicho momento la tensión nominal al pasar la maneta o dispositivo de mando a la posición de marcha o trabajo. El mecanismo de conmutación se mantiene en la posición de funcionamiento mediante un trinquete que puede ser liberado por un dispositivo de protección por baja tensión, por sobrecarga o bien manualmente. Generalmente estas unidades se hallan alojadas en un mismo cofret o caja diseñado para su montaje en la pared.


automáticamente, a la tensión de línea después de transcurrido el tiempo necesario para la aceleración. Cuando el arrancador emplea resistencias para obtener la tensión reducida, comprende un contactor tripolar que permite conectar el motor a la red en serie con las resistencias limitadoras de la intensidad de arranque y otro contactor de marcha o trabajo también tripolar que cortocircuita las resistencias, quedando conectado el motor directamente a la red.

Fig. 3-15 Arrancador manual a tensión reducida. (Squar e D Co .) Fig. 3-14 Arrancador manual a tensión reducida, con autotransformador. (General Electric Company)

Los arrancadores automáticos a tensión reducida (fig. 3-15) pueden tener muchas formas y están destinados generalmente a un tipo particular de motor y para una determinada aplicación. Los requisitos esenciales son que estén provistos de medios para conectar el motor a tensión reducida y luego,

El arrancador tipo reactancia a tensión reducida tiene exactamente la misma disposición de contactos que el arrancador con resistencias. La única diferencia entre un arrancador con resistencia y uno del tipo reactancia a tensión reducida estriba en el uso de reactancias en lugar de resistencias.


combinado presenta varias ventajas mecánicas porque su compacidad le hace muy adecuado para su instalación mecánica de forma correcta. Muy frecuentemente este dispositivo hace innecesario el empleo de caja de derivación para interconectar el interruptor y el arrancador. Eléctricamente, el arrancador combinado ofrece una protección al operador o al reparador en cuanto incluye generalmente un enclavamiento al reparador en cuanto incluye generalmente un enclavamiento mecánico por el cual es necesario desconectar el interruptor o el disyuntor antes de abrir la puerta del cofret. Esto asegura que el circuito no tenga tensión siempre que la puerta que da acceso al arrancador esté abierta.


contra cortocircuitos. El uso de interruptor o disyuntor con fusible en el arrancador combinado proporciona la protección contra cortocircuitos (Sec. 2-8) además de las otras funciones de control del propio arrancador.

3-11 Arrancadores inversores El requisito esencial de un arrancador inversor para motores trifásicos es que sea capaz de conectar el motor a la línea en una sucesión dada de fases para que gire en uno u otro sentido. Un arrancador inversor electromagnético (fig. 3-20) comprende dos contactores electromagnéticos en una misma unidad. Las fases de la red están conectadas a estos contactores (fig. 3-21) de forma que al actuar el contactor 1, Ll se comunica con T l y L3 con T 3, mientras que si actúa el contactor 2, Ll se comunica con T 3 y L3 con T l produciéndose la inversión de dos fases, ya que L2 quedará comunicada con T 2 enambos casos.

Fig. 3-20 Arrancador inversor electromagnético. (Square D Co.)

Fig. 3-19 Arrancador combinado. (General Electric Co.)

El interruptor utilizado en este tipo de unidad puede tener o no fusibles. Si se emplea interruptor sin fusible, el circuito de motor debe estar protegido por otro interruptor con fusible o disyuntor que proporcione la protección


entra en el plan de este libro analizar las diversas posibilidades implicadas en el arranque y control de los motores sincrónicos en aplicaciones especiales.


corriente disminuye hasta un valor bajo y esto permite que el muelle ponga al brazo de control en la posición de desconexión. Este dispositivo proporciona protección contra el fun cionami ento en vacío del motor. Resistencia de arranque

Bobina de retención

L

A

A A1

Línea

A2

S1

S2

Fusibles

Fig. 3-25 Arrancador de motor serie sin protección contra marcha en vacío.

Fig. 3-24 Arrancador de motor sincrónico. (Cutler-Hammer, Inc.)

Cuando la bobina de retención está conectada directamente a la línea, tiene muchas espiras de poca sección y absorbe corriente directamente de la línea. Cualquier caída o fallo importante de la tensión de suministro o alimentación impedirá actuar a la bobina de retención y permitirá que el mango de control vuelva a la posición de desconexión. Esta disposición proporciona la protección necesaria contra el fallo o falta de tensión (fig. 3-26). Resistencia de arranque

3-14 Arrancador para motor serie de c.c. El arrancador manual de un motor serie se compone de una resistencia con tomas y derivaciones y un brazo de contacto o cursor dispuesto de manera que cortocircuite la resistencia progresivamente cuando se gira el mango de un .punto a otro. Cuando toda la resistencia ha quedado fuera de circuito, el motor queda conectado directamente a la línea. La palanca (o cursor) debe ser mantenida en la posición de funcionamiento venciendo la tensión de un muelle por el efecto de retención de una bobina. Cuando la bobina de mantenimiento o retención está conectada en serie con el motor (fig. 3-25), tiene pocas espiras de gran sección y es recorrida por toda la corriente del motor. Cuando es eliminada la carga o ésta es muy reducida, la

A

Bobina de retención

Campo Serie L

L2

A A2

Línea

S1

S2

Fusibles

Fig. 3-26 Arrancador de motor serie con protección contra marcha en vacío


14. ¿Cuáles son las tres formas básicas de circuitos magnéticos utilizados en los modernos arrancadores de motor? 15. ¿Cuál es la finalidad de una bobina de sombra en las piezas polares de los contactores de c.a.? 16. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre un arrancador y un controlador de motor? 17. ¿Cuál es una de las limitaciones del uso de los arrancadores de conexión directa para el arranque de los motores de jaula? 18. ¿Cuál es la misión básica de un arrancador manual de tensión reducida? 19. ¿Cuáles son los tres métodos básicos de obtener el arranque a tensión reducida? 20. ¿Qué se entiende por control de tiempo definido? 21. ¿Qué se entiende por control limitador de corriente? 22. ¿Por qué el tipo de autotransformador de arranque a tensión reducida debe desconectar momentáneamente de la línea al motor antes de aplicar la tensión de línea? 23. ¿Qué motores proporcionan el mayor par de arranque, los de rotor bobinado con control de secundario o los de jaula con arranque a tensión reducida en el primario? 24. Enumere varios métodos de obtener el control de velocidad en los motores. 25. Que relación de velocidad se puede obtener en un motor de polos consecuentes? 26. ¿Qué se entiende por control de secuencia de velocidad? 27. ¿Qué se entiende por control selectivo de velocidad? 28. ¿Qué se entiende por control automático de velocidad? 29. ¿Qué es un arrancador combinado? 30. ¿Cual es el requisito básico de un arrancador inversor? 31. ¿Es necesario el enclavamiento en los arrancadores inversores? 32. ¿Qué tipo de componente se emplea generalmente para la inversión manual de los motores trifásicos?



El control manual que más se emplea para variar la velocidad de motores derivación y mixto (compound) es la combinación de un arrancador de cuatro posiciones y un regulador de velocidad (sección 3-14). Resumen

Al lector que comienza el estudio del control de motores le puede parecer que nunca aprenderá todas las funciones que el circuito de control de un motor o de otro dispositivo puede realizar. Los adelantos en este campo son tan rápidos que casi diariamente se consigue alguno. Sin embargo, cuando se analizan detenidamente, la mayoría de ellos son simples variantes de las funciones básicas explicadas en este capítulo. Se deberá tener presente que el proyecto, la instalación y la reparación del equipo de control depende de la perfecta comprensión de los requisitos de la máquina y de las características del motor. Preguntas de repaso

1. 2. 3. 4. 5.

¿Qué se entiende por control de un motor? ¿Cuáles son los tres tipos básicos de control de motor? Enumerar los dos tipos de control de arranque. ¿Cuántos tipos de protección existen para los motores? ¿Afectan las condiciones de funcionamiento del motor al tipo de control que debe ser empleado? 6. ¿Qué diferencia hay entre los controles automáticos y los semiautomáticos? 7. ¿Qué factores es necesario considerar cuando se selecciona un equipo de arranque? 8. ¿Cuáles son los dos métodos básicos de arranque a tensión reducida? 9. ¿Cómo puede ser controlada automáticamente la aceleración de los motores? 10. Los arrancadores inversores deben estar equipados con alguna forma de para evitar que ambos arrancadores se cierren al mismo tiempo. 11. Cuando a un motor se le invierte momentáneamente el sentido de giro para pararlo, a este frenado se llama 12. ¿Afecta el porcentaje de sobrecarga al tiempo que tarda en desconectar el relé de sobrecarga al arrancador? 13. ¿Qué diferencia hay entre protección contra sobrecarga y protección contra cortocircuito? 14. ¿Qué es protección contra secuencia incompleta, y en qué dos tipos de motores se utiliza más?

Fundamentos de los sistemas de control



explicativo son complicados, pero comparándolos se comprende la simplicidad del diagrama lógico cuando se aplica a la automación completa de una máquina o línea de producción. PS1 LS1

electromagnético. Si se aprieta el pulsador PARADA, al dejar de recibir una de las señales de entrada el elemento Y, dejará éste de suministrar una señal de salida eliminándose la realimentación al mismo tiempo, quedando el circuito en su estado de reposo o de desconexión y aunque vuelva el pulsador PARADA a su posición cerrada, hasta que no se accione el de ARRANQUE no volverá a obtenerse una señal de salida en el elemento Y. M

T1 T2

M

CR1

T3 T4 PS1

Fig. 10-11 Segunda adición al circuito lógico.

T1

PS1 T2

CR2

CR1

LS1

M T1

T2

CR T3

CR2

CR T3

Fig. 10-13 Circuito electromagnético equivalente del circuito lógico final con el circuito del contactor independiente del de control.

T4

Arranque

Fig. 10-12 Circuito electromagnético equivalente del circuito lógico final.

El circuito de control tipo tres hilos al que nos hemos referido frecuentemente en el estudio de los circuitos de control con relés y contactores puede ser representado y realizado en el circuito lógico mediante el uso de realimentación. El esquema del circuito electromagnético y el esquema lógico equivalente están representados en la figura 10-14. Para comprender el funcionamiento del esquema lógico, consideremos que podemos suministrar una señal de entrada al elemento Y mediante el pulsador PARADA. Cuando el pulsador ARRANQUE esté apretado, suministrará la segunda señal de entrada al elemento Y con lo que se conseguirá una señal de salida. Una vez conseguida esta salida, el anillo de realimentación continuará suministrando la señal de entrada aunque se libere el pulsador ARRANQUE . Esto es equivalente a la acción del contacto auxiliar de mantenimiento en paralelo con el pulsador ARRANQUE en el circuito

R.L. Mc.Intyre

M

Parada

M Arranque

Realimentación interna

Y

M

Parada

Fig. 10-14 Circuito de control electromagnético y su equivalente lógico.


En la primera fase se hace la conversión a proposiciones lógicas. La primera lógica es: SOL se excitará cuando se cierren PB 1 o PS 1 y T 1. El diagrama lógico de esta proposición está representado en la figura 10-18a. La segunda proposición lógica es: La proposición 1 será verdad sólo si PS 2 y T 2 no están excitados. Esta proposición impone una función NO a continuación de una función O como se indica en la figura 10-18b. Ahora quedan completadas las dos fases primeras del proyecto. En la tercera fase se combinan las proposiciones en el diagrama lógico como en la figura 10-18c. En la cuarta fase se combinan los elementos lógicos donde sea posible y se simplifica el circuito, lo que se puede hacer en este caso empleando una unidad O con salida NO incorporada (es decir, un elemento NOR ) como muestra la figura 10-18d. En la quinta fase se analiza el circuito para cerciorarse de que realizará las funciones especificadas. En la figura 10-18d vemos que cuando está cerrado PB1 proporciona una entrada a la unidad o a través de su convertidor de señal. La unidad o con sólo tener señal en una de las entradas proporcionará señal de salida, que aplicada al amplificador proporcionará la potencia necesaria para accionar la válvula solenoide, con lo que se satisfacen las especificaciones correspondientes a


PB1

PS1

SOL Y

T1

(a)

PS2

T2

(b)

PB1

PS1

SOL Y

PB1. T1

Si PS 1 está cerrado pero T 1 está abierto, sólo habrá una entrada en el elemento Y; por consiguiente no dará señal de salida. Si T 1 está cerrado mientras PS 1 lo está también, habrá dos entradas excitadas en Y, pero no producirá señal de salida a no ser que el elemento NOR suministre la señal necesaria a la tercera y última entrada del elemento Y. Ahora debemos examinar PS 2 y T 2. Si estos dos dispositivos están abiertos, no hay señales de entrada en el elemento NOR , y por consiguiente habrá una señal de salida, y suministrará la tercera señal de entrada al elemento Y. Cuando están presentes las tres entradas en el elemento Y, éste dará una señal de salida que aplicada a la entrada del elemento O, producirá en éste una señal de salida que excitará el amplificador y actuará sobre la válvula solenoide.

PS2

T2 (c) PB1

PS1

SOL Y

T1 PS2

T2 (d)

Fig. 10-18 Proyecto del circuito Nº. 1

R.L. Mc.Intyre



10-6 Proyecto del circuito 2 Circuito destinado al control de un sistema de acondicionamiento de aire de tres etapas y que actúa sobre los motores. El motor 1 es el de menor potencia y debe funcionar siempre que estén cerrados o en la condición de conducción el interruptor de caudal de agua fría FS 1 y el termostato principal de control T 1 y abierto el termostato de segundo nivel T 2 , lo que significa funcionamiento en la mayoría de condiciones.

T1 No. 1 Y

FS1 T2

Cuando la máquina 1 no puede soportar la carga que se le exige para mantener el nivel de acondicionamiento, el termostato del segundo nivel T 2 debe actuar parando la máquina 1 y, a continuación poniendo en marcha a la máquina 2, siempre que FS 1 esté aún cerrado o en conducción. Esta máquina 2 de mayor potencia podrá restablecer las condiciones de acondicionamiento prefijadas.

T3

Si debido a las condiciones ambiente, esta segunda máquina no tuviera la suficiente potencia para mantener las condiciones de acondicionamiento, deberá actuar un tercer termostato, de forma que, al mismo tiempo que continúa funcionando la 2, se ponga en marcha también la 1, utilizándose en este caso ambas máquinas.

FS1

Y (a) T2 No. 2 Y

La etapa No. 1 está funcionando

T3

En la primera fase del proyecto se traducirán las especificaciones en proposiciones lógicas. Luego se dibujará un esquema lógico representativo de cada una.

Y (b)

La proposición correspondiente a la máquina 1 para las tres etapas de funcionamiento es: funciona cuando T 1 y FS 1 conducen y T 2 no conduce o cuando T 3 y FS 1 conducen. El esquema correspondiente a la máquina 1 está representado en la figura 10-19a. La proposición correspondiente a la máquina 2 es: Funciona cuando T 2 y FS 1 conducen y la máquina 1 no funciona o cuando T 3 y FS 1 conducen. El diagrama lógico correspondiente a la máquina 2 está representado en la figura 10-19b. En la tercera fase del proyecto se combinan los dos diagramas lógicos en un circuito completo haciendo uso únicamente de los componentes que realmente sean necesarios. El circuito completo está representado en la figura 10-19c. El análisis cuidadoso del circuito final pone de manifiesto que una de las unidades Y ha sido eliminada a causa de que basta una unidad para satisfacer los requisitos del circuito. También ha sido eliminada una unidad NO por la misma razón.

R.L. Mc.Intyre

T1 No. 1 Y

T2 T3 FS1

Y No. 1 Y (d)




10-7 Proyecto del circuito 3 Circuito control para tres transportadores. Hay dos pulsadores ARRANQUE, uno situado en cada extremo del sistema transportador, y tres PARADA, situados cada uno de ellos en su transportador respectivo. Cada transportador debe ser protegido por un interruptor de límite o fin de carrera. Accionando cualquiera de los pulsadores ARRANQUE se pondrán en marcha secuencialmente todos los transportadores. El accionamiento de cualquier pulsador PARADA o interruptor de límite parará inmediatamente al transportador precedente en la secuencia. La proposición lógica correspondiente al transportador 1 es: funciona cuando se aprieta el pulsador ARRANQUE 1 o el ARRANQUE 2, a condición de que el pulsador PARADA 1 y LS 1 estén cerrados, así como el pulsador 2 y LS 2. La proposición lógica correspondiente al transportador 2 es: funciona cuando lo hace el transportador 1 y PB 2 y LS 2 están cerrados y PB 3 y LS 3 están también cerrados.

La proposición lógica para el transportador 3 es: funciona cuando lo hacen los transportadores 1 y 2 y PB 3 y LS 3 están cerrados. El circuito completo está representado en la figura 10-20.

10-8 Proyecto del circuito 4 La finalidad de este circuito es el control secuencial de velocidades de un motor con tiempo definido. El motor debe ser arrancado en su primera velocidad mediante el pulsador ARRANQUE 1 y se puede pasar a la segunda velocidad por medio del botón ARRANQUE 2, siempre que haya transcurrido un tiempo dado tal que haya permitido llegar a la estabilización de la primera velocidad. Luego se puede pasar a la tercera velocidad mediante el botón ARRANQUE 3, después de un retardo de tiempo. El pulsador PARADA ocasiona el paro del motor cualquiera que sea la velocidad en que esté funcionando. Arranque 1 No. 1 Parada

Arranque

No. 1

Arranque

Arranque 2 No. 2

PB1

LS1 PB2 No. 2 LS2

Arranque 3

No. 3

PB3 No. 3

Fig. 10-21 Proyecto del circuito Nº. 4.

LS3


R.L. Mc.Intyre

La proposición lógica para la primera velocidad es: funciona cuando el pulsador ARRANQUE está cerrado y el de PARADA lo está también. Será necesaria una MAMORIA a causa del contacto momentáneo del pulsador ARRANQUE.



La proposición lógica para la 2. a y 3. a velocidad es: funciona cuando está cerrado el pulsador ARRANQUE y ha transcurrido el intervalo correspondiente al retardo fijado de tiempo desde que se ha introducido la 1. a y 2.a velocidad, respectivamente. En la figura 10-21 está representado el circuito completado. Las salidas NO de las MEMORIA se utilizan para eliminar cada una de las velocidades inferiores cuando sea necesario.

10-9 Proyecto del circuito 5 El equipo a controlar posee dos válvulas solenoides. La primera, SOL 1 , debe ser accionada cuando el interruptor de límite de contacto momentáneo LS 1 está cerrado, debiéndose mantener accionada hasta que cierre el interruptor de límite de contacto momentáneo LS 2. El cierre de LS 2 debe excitar también la segunda válvula solenoide, SOL2 , que permanecerá excitada hasta que se produzca el cierre momentáneo de LS 1 en el ciclo subsiguiente de la máquina. SOL1

LS1

Como los contactos LS 1 y L S 2 sólo están cerrados momentáneamente y el solenoide de la válvula debe «recordar» si estaban cerrados o abiertos, el circuito requerirá el uso de elementos de MEMORIA retentiva. Conectando LS 1 a las entradas CONEXIÓN ( ON) de la unidad de MEMORIA y DESCONEXIÓN ( OFF ) de la segunda unidad de MEMORIA (figura 10-22a), quedarán cumplidos la mitad de los requisitos de este circuito y conectando LS 2 a las entradas DESCONEXIÓN de la primera MEMORIA y CONEXIÓN de la segunda MEMORIA, se completa el circuito. Este circuito puede simplificarse utilizando una sola memoria según la figura 10-22. En este caso LS 1 se conectará a la entrada CONEXIÓN y LS 2 a la DESCONEXIÓN, cumpliéndose los requisitos propuestos.

10-10 Equivalencia de circuitos lógicos y circuitos con relés Varios contactos normalmente abiertos (fig. 10-23a) conectados en serie pueden quedar representados por el circuito lógico equivalente Y (figura 10-23b). A veces es necesario hacer uso de más de un elemento Y para obtener el número necesario de entradas. La figura 10-23c y d ilustra cómo se pueden conseguir nueve entradas cuando sólo se dispone de elementos Y de tres entradas. R A

B

C

SOL2

LS2

A B C

R (a)

Y

R

(b) R

(a)

1

2

3

4

5

6

7

8

9 R

SOL1

LS1

1 2 3

Y

4 5 6

Y

7 8 9

Y

(c) Y

SOL2

LS1

(d)

Fig. 10-22 Proyecto del circuito Nº. 5.

R.L. Mc.Intyre

Fig. 10-23 Circuito con relé equivalente al Y lógico

R



El equivalente lógico de contactos de relé normalmente abiertos en paralelo es el circuito O (fig. 10-24). A

R

R

R

A

R

A B R C

A B C

(a) R

R1

R2

R1 A

A

A

R

B

B

R

R2

Fig. 10-24 Circuito con relé equivalente al O lógico B

(b)

Relés con contactos normalmente cerrados equivalen a un NO (figura 10-25a), a un NOR (fig. 10-25b) o a un NAND (fig. 10-25c), según el número de contactos y el modo de estar éstos conectados.

R1 R2

La conocida disposición de puesta en marcha y paro mediante pulsadores y contactor (fig. 10-26a) se puede reproducir en los circuitos lógicos utilizando una MEMORIA no retentiva (fig. 10-26b) . La salida NO de la MEMORIA puede estar representada por una línea de trazos o bien por el símbolo de la función NO situado en el interior de la MEMORIA , según puede verse en la figura 10-26b. El circuito de la figura 10-26c provee el mismo control básico utilizando un circuito y con realimentación y permite disponer de otras entradas. El enclavamiento, que es tan importante en las máquinas y en el control de procesos, se puede conseguir fácilmente con circuitos lógicos utilizando la salida de una función lógica en una parte del circuito como una de las entradas de otro elemento lógico en una parte diferente del circuito (fig. 10-27).

R3

R1 A

A B C

R2 B

NAND

R

A B C

R

R3 C (c)

Fig. 10-25 Circuito s con relés equivalentes al NO, NOR Y NAND lógicos.

R.L. Mc.Intyre



modo que la tensión de entrada correcta deba ser aplicada a todas las entradas antes de que la tensión de base llegue a ser suficientemente positiva para el corte de T l.

Si no se hubiese utilizado en el circuito interruptor el segundo transistor T 2, el resultado hubiese sido un elemento NOR .

-

R2

R2

R3

R1

R3

R1

Salida

Salida

T2 T2

T1 T1 A

B

C

A

B

C

R4

R4

+

+ A B C

Y

A B C

Salida

Fig. 10-32 Interruptor de transistor como elemento lógico Y .

Salida

Fig. 10-33 Interruptor de transistor como elemento lógico O.

Si no se hubiese incluido el segundo transistor, T 2, en el circuito básico del interruptor, el resultado hubiese sido un elemento lógico NAND.

En los capítulos 11 a 13 estudiaremos detalladamente los circuitos comerciales reales. Cada fabricante adopta su propio diseño para realizar lo que ilustran en este capítulo los circuitos simbólicos.

10-13 El interruptor de transistor como elemento «O»

Resumen

La figura 10-33 representa el interruptor básico de transistor conectado a tres contactos en paralelo. Si uno de estos contactos, A o B o C , estuviese cerrado, la base de T l estaría conectada a la línea positiva y T l estaría en estado de corte. El circuito real de entrada del interruptor de transistor está constituido por resistencias y/o diodos. Cuando está conectado correctamente, el circuito de entrada o debe hacer que la base de T l sea positiva cuando cualquiera de sus entradas o una combinación de ellas tenga aplicada la tensión de entrada correcta.

R.L. Mc.Intyre

Los sistemas estáticos de control se construyen interconectando correctamente cinco bloques básicos de construcción: Y, O , NO , MEMORIA Y RETARDO. La sección de información del circuito de control comprende ordinariamente los dispositivos detectores o sensibles del tipo de contacto convencionales. Señales de tensión relativamente altas que llegan de la sección de información del sistema son modificadas por los convertidores de señal a la corriente continua de baja tensión necesaria para los elementos lógicos de la sección de decisión. La sección de acción o ejecución del sistema convierte la señal de baja tensión y



11

- 12 V c.c.

R1 Entrada

Control estático de la General Electric Company

R2

i1

R3

0V

Fig. 11-1 Circuito básico de entrada. Entrada abierta. (General Electric Company)

Si ahora el terminal de entrada se conecta al conductor común o de referencia de potencial 0 (fig. 11-2), pasará la corriente desde este conductor hasta el de ⎯ 12 voltios a través de la resistencia a R1. Como el punto común a las resistencias R1 y R2 estará a cero voltios, no pasará corriente por las resistencias R2 y R3 a causa de que no existe diferencia de potencial entre sus extremos. Cada fabricante adopta su solución particular en el diseño de circuitos y la aplicación del control estático transistorizado. En este capítulo expondremos detalladamente el sistema de la General Electric Company. El material para este capítulo ha sido facilitado por la General Electric Company. 1 En los capítulos 12 y 13 expondremos otros sistemas.

11-1 TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO En todo sistema lógico de control se emplean circuitos básicos transistorizados. La figura 11-1, representa un circuito con una tensión continua de alimentación de ⎯ 12 voltios y tres resistencias conectadas en serie. Debido a los valores de las resistencias que particularmente se utilizan en este circuito, el punto de conexión de entrada estará a ⎯ 4 voltios. 1

FUENTE BIBLIOGRÁFICA: General

R.L. Mc.Intyre

Electric Co mpany Publi cation GPC-B53D.

- 12 V c.c.

R1 i2

Entrada R2

R3

0V

Fig. 11-2 Circuito básico de entrada. Entrada cerrada. (General Electric Company)



los terminales o bornes típicos, numerados 1 y 4 ó 5 y 8, respectivamente. El terminal de salida puede excitar hasta 12 entradas.

-P

- 12 V c.c.

1

2

4

3

Salida

1 2 3

4

5 6 7

8

+P

Fig. 11-7 NAND de tres entradas. (General Electric Company) 0V

Es decir, si se eliminan todas las señales de entrada, debido a la disposición de las resistencias de entrada, aparecerá una señal de salida, luego este dispositivo será un elemento lógico NAND. Los terminales 1, 2 y 3 deben tener señal TRABAJO para obtener una salida REPOSO , o dicho de otra forma; los terminales 1, 2 y 3 de entrada deben estar en estado 1 para que la salida esté en estado 0.

Fig. 11-5 Esquema de un elemento NO . (General Electric Company +P

1

4

1

4

5

8

También se dispone de un elemento NAND de siete entradas que requiere la existencia de una señal TRABAJO en los terminales 1 a 7 a fin de conseguir que la función lógica no tenga señal de salida en el terminal 8 o sea señal 0. El terminal de salida del elemento NAND puede excitar hasta otras 12 entradas. Este sistema de control estático transistorizado se denomina a veces sistema NAND, ya que los circuitos interiores básicos utilizados realizan realmente esta función. Un elemento NAND con una sola entrada constituye un elemento NO , ya que no existe «SITUACIÓN Y» con un dispositivo de simple entrada.

-P

Fig. 11-6 Circuito N O de la General Electric Company con indicación de los terminales. (General Electric Company )

Si se añaden circuitos de entrada en paralelo (fig. 11-7), y todos los terminales de entrada 1 y 2 y 3 se conectan a 0 voltios, se eliminará la corriente emisor-base, desapareciendo la corriente emisor-colector y apareciendo una señal de salida ( ⎯ 4 voltios de tensión).

R.L. Mc.Intyre

Si un elemento NO va seguido en un circuito de otro elemento (figura 11-8), la señal de entrada para la primera función NO es misma que la de la salida de la segunda función NO. Por ejemplo, la señal de entrada del primer elemento NO , es REPOSO , la señal de su salida será TRABAJO 1; por consiguiente, la señal de entrada del segundo elemento NO es de TRABAJO y la salida es de REPOSO . Para obtener la función Y, se añade un circuito NO a la salida de uno NAND (fig. 11-9)



Trabajo

Trabajo

Trabajo

Reposo

Reposo

Reposo

Si no existe señal en las tres entradas del Y, no habrá señal de salida. Esta ausencia de señal de salida en la entrada del elemento producirá una señal en la salida. De esta forma se proyecta un elemento Y de tres entradas y se fabrica como una unidad lógica completa (fig. 11-10).

Fig. 11-8 Inversión de señal a través de dos NO en serie (General Electric Company)

En este sistema NAND se dispone de una salida adicional, la NO incorporada en la salida normal, siendo muy útil. Significa una inversión de la salida normal y se halla conectada a la conexión de entrada de la última etapa del elemento lógico (fig. 11-9). En la figura 11 se ve que se ha suprimido una conexión de entrada en el elemento Y básico (fig. 11-10) para disponer de un terminal para la salida NO adicional incorporada.

-P NAND Entrada

Entrada

Entrada

1

2

3

Salida

NO Entrada

Salida

4

También se fabrican elementos Y de seis entradas con salida NO adicional incorporada y con terminales de entrada 1 a 6, salida normal en el terminal 8 y salida NO en el terminal 7. Igualmente se fabrican circuitos Y de siete entradas, con terminales de entrada 1 a 7 y salida en el terminal 8, para completar la familia de funciones lógicas Y. Cada salida de una unidad Y puede excitar a otros 12 terminales de entrada. -P

+P

Fig. 11-9 Circuito lógico NAND básico seguido de uno NO. (General Electric Company)

1

2

3

4

-P

1

2

3

4 1 2 3

1 2 3

4

5 6 7

8

4

+P 5 6 7

+P

Fig. 11-10 Circuito lógico y de tres entradas con indicación de los terminales. (General Electric Company)

R.L. Mc.Intyre

8

Fig. 11-11 Circuito lógico Y de dos entradas con salida NO . (General Electric Company)

El elemento O utiliza un tipo diferente de transistor llamado NPN como parte de su circuito. Su acción es análoga a la del PNP, pero la corriente circula en sentido opuesto. En lugar de que el sentido se de emisor a base para que el transistor se sature, es de base a emisor. El resultado es que la corriente circula de

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