UNIDAD 1. FUNDAMENTOSDECONTROLES
ELÉCTRICOS.
1.1CONTACTORESY
ARRANCADORES.
1.2RELEVADORESELECTROMECÁNICOS.
1.3TEMPORIZADORES(ALENERGIZAR YALDESENERGIZAR)
1.4SOLENOIDES.
1.5DIAGRAMAS DEALAMBRADOY DECONTROL.
1.6PROTECCIÓN
CONTRASOBRECARGADE MOTORES.
1.7PROTECCIÓN CONTRACORTOCIRCUITOY FALLA
A TIERRADEMOTORES.
1.1 CONTACTORESYARRANCADORES.
CONTACTOR
Es un interruptor accionado electro-magnéticamente
diseñado
para
abrir
y cerrar un circuito de potencia.
Básicamente están
constituidos por:
- Contactos
principales: Destinados a abrir y cerrar
el circuito de potencia.
- Contactos
auxiliares:
Destinados a abrir y cerrar
el circuito de mando, están acoplados mecánicamente a los
contactos
principales.
- Bobina: Produce
una
fuerza deatracción
al ser atravesadoporunacorriente eléctrica.Su alimentaciónpuedeserde12, 24,110o220V.
- Armadura:Es lapartemóvil queseencargadedesplazar
loscontactos principalesyauxiliares por laexcitacióndelabobina.
- Núcleo:Partefijapor
laquesecierra elflujomagnético producidopor
la bobina.
- Resorte:Parte mecánicaquedevuelvealoscontactosasu
posición dereposo
cuandohaya desaparecidolaexcitación delabobina.
Existen2 tipos decontactores:depotenciayauxiliares.Los contactores depotencia tienengeneralmente 3contactosprincipalesy por
lomenosuncontactoauxiliarysu
aplicación es
encontrol
decargas
depotencia.
Los contactoresauxiliarestienensolamentecontactosauxiliaresyse utilizan
principalmentepara las
tareasdecontrol yregulación enlos circuitos
demando, señalizaciónyenclavamiento.
Los contactosprincipales seidentificanmediante númerosdeunasolacifra,mientras quelos
contactos auxiliaresseidentificanmediante númerosde2cifras(la primer cifra es
deposiciónylasegunda defunción);Dicho esto,sepuedeidentificarfácilmentelos
2 tiposdecontactores. Laredse debeconectar
alosbornesconnúmero impar, el
consumidoralosbornes
connúmeropar.
ARRANCADOR
Regulador cuyafunción principales ladeponer en marchayacelerar unmotor. Por tanto,reducelacorrientedearranquedelmotor, lacual esmucho más grandequela
carga nominal,evitando dañosalainstalación eléctricayalmismomotor.
Existen2 tipos
de
arrancadores,manualesyautomáticos.
Algunosmanualesson:
- De3bornes.
- De4bornes.
Algunos automáticos
son:
- Por aceleraciónde tiempofijo.
- Por aceleraciónpor
limitacióndecorriente.
Lagran diferenciaes
queenlosmanualessenecesitaunoperadorpara
hacer los cambios
deresistenciaosecuenciadeconexiónen elarranque,mientrasqueel automáticono.Losarrancadoresmanuales
sonmás sencillosybaratos
tantoen
construccióncomoenmantenimiento,también, el
tiempoenlasecuenciadeconexión
puedevariar alamerceddel
operador, sonmás compactos ydemenor peso;Pero los
automáticos también tienensus
ventajas,comomenor
agotamiento hacialos
operadores,yaqueestos ya notendránque hacer
manualmenteloscambios,poco conocimientorequerido paraoperarlos,yaque tieneinterfacesmuyamigables,ysobre
todo,queel sistema decontrol
puede estar adistancia delarrancador,
reduciendo peligroscontrael operador.
1.2RELEVADORESELECTROMECÁNICOS
Es uninterruptorelectromagnéticoquese
empleacomo dispositivo auxiliar enlos circuitos
decontroldearrancadoresdemotores. Abreycierra unconjunto decontactos cuandosubobinase energiza. La bobina
produceunfuertecampomagnéticoque
atraeunaarmadura móvil,accionandolos
contactos.
El relevador
secompone principalmentedeunabobinade excitaciónconnúcleode hierro,una armaduramóvilyunoovarios
contactos.Cuandopasacorriente por
la bobinade excitación,la armadura móviles
atraídayaccionalos contactosa través de
piezas intermediasaislantes.
Los contactospuedenestar
dispuestos comocontacto
decierre(contactode trabajo),
contacto deapertura (contacto dereposo)ocomocombinaciones
de
estos tipos
de contactos.Los relevadoressuelentener
contactosderesorte.
Los relevadoresse dicenquesonmonoestablescuandovuelvensolos asu estado de reposocuandose
desconectalacorriente
deexcitación,ybiestables
cuando mantienenel estado abiertoocerradodesuscontactosdespuésderecibirunimpulso demando,gracias almagnetismoremanente desu núcleodehierro.
Dentrodelosdiferentes tiposderelevadores,seencuentran:
1. Tipoarmadura:Contieneun electroimánquehacebalancearalaarmaduraal
ser excitada,cerrandoloscontactosdependiendosies NOóNC.
2. TipoReed:Está
formadopor
unaampolladevidrio, encuyointeriorestánlos
contactosmontados sobre láminasmetálicas, estoscontactos secierranpor
mediodelaexcitación
deunabobina,enrollada alrededor
de laampolla.
3. Tiponúcleomóvil:Tieneunémboloenlugarde armadura.Seutilizaun solenoidepara
cerrar sus contactos,debidoasumayor fuerza atractiva.
4. Tipopolarizado: Llevan unapequeña armadura,solidariaa unimán permanente.
El extremoinferior puedegirar
dentrodelospolosdeun electroimányel
otro lleva unacabeza decontacto.Si se excita alelectroimán,semuevela armadura ycierralos
contactos.Si
la polaridades laopuesta girará ensentidocontrario, abriendolos
contactosócerrandootrocircuito.
1.3TEMPORIZADORES(ALENERGIZAR YALDESENERGIZAR)
Contactorescuyafunción esconmutar unoomás
circuitos eléctricos enfuncióndelavariabletiempo.
Los temporizadores“alenergizar” (on-delay)son aquelloscuyos contactos
normalmenteabiertosocerrados
cambiandenormalidaddespués
de
undeterminado
tiempotranscurrido previamente programadounavezquese hayamandadounaseñal
deencendido.
1.4SOLENOIDES
DEFINICION
Unsolenoide es
cualquier
dispositivofísicocapazdecrear
unazona decampo magnéticouniforme.Un ejemploteórico esel
deunabobina dehiloconductor
aisladoy enrolladohelicoidalmente,delongitudinfinita.Enesecasoidealelcampomagnético sería uniformeensuinterior y,comoconsecuencia,fuerasería nulo.
Enlapráctica,unaaproximaciónrealaunsolenoideesunalambreaislado,delongitud
finita,enrolladoenformadehélice(bobina) o unnúmerodeespirales
conunpaso
acordealasnecesidades,por el quecirculaunacorriente
eléctrica.Cuando esto sucede,se generauncampomagnéticodentro delabobinatanto más uniformecuanto
más largasealabobina.
Labobinaconunnúcleoapropiadoseconvierteenun electroimán). Seutiliza engran medidapara generar uncampomagnéticouniforme.
Sepuedecalcular
elmodulodel
campomagnéticodentrodelabobinasegúnla ecuación:
Donde:
μ0: el coeficiente depermeabilidadenel vacío.
N: numerodeespirasdel solenoide.
i: corrientequecircula.
L:Longitudtotaldelsolenoide.
Estetipodebobinas
es utilizado paraaccionar untipodeválvula,llamadaválvula
solenoide,querespondeapulsoseléctricosrespectodesuaperturaycierre. Eventualmentecontrolablepor
programa,suaplicación
más
recurrente enla actualidad,tienerelaciónconsistemasderegulación hidráulicayneumática.El mecanismoqueacoplaydesacopla elmotordearranquedelosmotoresde
combustióninternaenel momentodesu puestaenmarchaes
unsolenoide.
TIPOSDESOLENOIDES
Haydos categorías
principalesdesolenoides:
Solenoidesgiratorios
Proporcionanunacarrera rotacional quese mide
engrados.Algunos
son unidireccionalesyotros
sonbidireccionales.Lamayor partetienenunretornoaresorte
para devolver
la armadura (partemóvil)
alaposicióninicial.Los
solenoidesgiratorios confrecuenciase
usancuandoel
tamaño paquete esdelamayor importanciayel trabajoquedesempeñansedistribuyedemaneramáseficazentodasucarrera.Los solenoides giratorios tienen unfuerza/par
dearranquemayor
queladelossolenoides lineales.Sonmásresistentes
al impacto.Lossolenoides
giratorios
también ofrecen
vida útil más larga(en
númerode actuaciones)
quelos solenoideslineales.Una delas
aplicacionesmás
comunes
queayudaailustrar
lafuncióndeunsolenoidegiratorio es abrir ycerrar
unobturador láser.
Los solenoides giratorios tienenaplicacionesenmáquinasherramientas,rayos
láser, procesamiento
fotográfico, almacenamientodemedios,aparatosmédicos,
clasificadores,cierresdepuertascontraincendios,ymáquinaspostales,etc.
Solenoides lineales
Proporcionanunacarrera linealnormalmentemenor deunapulgada encualquier
dirección.Al
igual
quelosgiratorios, algunossolenoides linealesson unidireccionalesy algunos
son
bidireccionales.Los
solenoides linealesnormalmenteseclasificancomo
detirar (laruta electromagnética tiradeunémbolohacia el
cuerpodel
solenoide) ode
tipodeempujar
en
el cual elémbolo/ ejese
empujahacia afuera
delacaja.Muchos tienen unretornoaresortepara
devolver
el émboloo émboloyejealaposicióninicial. Los
solenoides lineales
sondispositivos menos complejosysonsignificativamente
menos costososquelos productos giratorios.También ofrecenmenos ciclos
devida útil yaveces
tiendenaser más
grandes.Los
solenoides linealestienenaplicaciones
en electrodomésticos, máquinas vendedoras,seguros depuerta,cambiadoresde
monedas, disyuntoresdecircuito,bombas, aparatosmédicos,transmisiones
automotricesymáquinas
postales,pornombrar sólounas cuantas.
1.5DIAGRAMASDEALAMBRADOY DECONTROL
DIAGRAMADEALUMBRADO
Un diagramadealambradonosmuestramuyclaramentelalocalizaciónrealdetodos
loscomponentesdel dispositivo.Eneste diagrama,lasflechas ylasterminalesabiertas (queserepresentanconcírculos abiertos),indicanlas conexioneshechas
porel
usuario.Debemosdeobservarquelas
líneas gruesas
indicanlos circuitos
defuerza (dependiendodenuestra aplicación,puedenser circuitos conectados a110V,220Vó
440V) yquelas líneasdelgadas
señalanlos circuitos decontrol
(generalmenteenlas
aplicaciones industriales, éstas señalessonde24 Vcd).
Deuna manera convencional,
enlosequiposmagnéticos deC.A.seusancablesnegros paraloscircuitos
defuerzay cablesrojosparalos
circuitos decontrol.
Lasiguientefigura
nosmuestraunejemplo
decómoes un diagrama dealambrado:
1.6 PROTECCIONESCONTRASOBRECARGADEMOTORES
RELÉTÉRMICO
Seentiendequeuncircuito está afectadoporunasobrecargacuandolos
valoresde sus
intensidadesalcanzanvalores elevados
quelas correspondientes asuvalor nominal,pero sinexceder
demasiadodeél (de 1.1In a3In),aparte,noseproducede formainstantánea,permitiendoal circuitoadaptarsealos cambios.Nosonpor tanto
demasiados perjudiciales,siempre quesu duración
nopermitaquese alcancen
temperaturasadmisibles enlos aislantesdelos
circuitos.Es más,para
unacorrecta
utilización delas
instalacionesymaquinasesbuenoquelos
dispositivos
deseguridad
permitanenciertomodoyduranteun tiempodeterminado,estassobrecargas,
evitándoseasídesconexiones indebidasqueperjudicaran elnormalfuncionamientodel
arranquedelosmotores.
Estoimplicaqueel dispositivo de proteccióncontrasobrecargaseainteligente,es
decir,quepermita elpasodeintensidadesbajasduranteunciertotiempoy, encambio, conintensidadespeligrosas
actuécon granrapidez.A estos dispositivos seles
denominade tiempo-dependiente ocaracterística
térmicainversa,yaqueamayor
temperatura (mayor intensidad)
el tiempodedisparodecrece.Normalmente el
dispositivomide el
calentamientoindirectamentemediante
el controldelaintensidad querecorre el
circuito.
Sapiens.
La elección del
relétérmicopasapor
dos
grandes supuestos,uno es
si conocemos
la imagentérmicadelelemento
a proteger ocurva tiempo-corriente
admisible,laelección del
reléseefectuara deformaquelacurvadel
mismosiempreestepor
debajodela
curvalimite delelementooconductor
a proteger.
Si laimagendel
elemento a proteger
no es conocidaseseguirá,enestecasopara
la eleccióndel
relé,lo prescritopor
lasnormas.Es importante
paraunacorrectaelección
tenerpresente,entreotrascosas las características de arranquedela maquina
(corriente,duraciónyfrecuencia)
latemperatura ambiente(del relétérmicoydel
elementoa proteger),las condicionesexternas
defuncionamiento(posibles
sobrecargas temporales).
Elfuncionamiento
delreléessencillo;cuandounaintensidad,dentrodelos valores normales,circulepor lalaminabimetálica,seproduciráuncalor
queserá disipadosin
dificultadporelmismomaterial, mas cuandolaintensidad alcancelos valoresmayores permitidos,labilámina
ya
no podrá disipar tantaenergíacaloríficaycomenzara el
procesodedilatación.Al estar laslaminasunidas magnéticamenteo por
soldadura,
resultaimposiblesu elongación
por separado, asíel metal
cutocoeficiente
dedilatación
seamayor
no tendrámásalternativaquecurvarsesobre el
material concoeficientede
dilataciónmenor,
deformaque:si
se fijaunodelosextremosenlalamina bimetálica,
elotroextremonotendrá
coeficientede dilatacióntérmica.
Si estalamina bilámina, al
llegar
ensucurvatura
a unpunto
determinado, acciona algúnmecanismo,abre uncontactoo
actúasobre cualquier otrodispositivosolidario comolabobinadeuncontactor, puedeconseguirsela desconexióndel circuitopor
abertura del relétérmico.
1.7 PROTECCIÓNCONTRACORTOCIRCUITOY FALLAA TIERRADE
MOTORES.
PROTECCIONESCONTRACORTOCIRCUITO.
Los cortos circuitos
son defectos que producenintensidadesmuyelevadas
(con5 veces laIn,puedeconsiderarseuncortocircuitofranco),bruscas
(la
elevaciónse
produceenunintervalo detiempomuypequeño) ydestructivas, los
cortocircuitos ocurrencuandoenuncircuito desaparecetodapartedesuimpedanciamanteniéndose latensión prácticamenteconstante.
Si por un error deconexióno
fallodel aislamiento,lasterminalesdela tomacorriente
entran encontacto,laresistenciadisminuiráavaloresmuybajosquedandola
intensidadconunvalor
muyalto.Estevalor tan altodelaintensidad produciráde
inmediatodosefectosnegativos:
Unefectotérmico
Unefecto
electrodinámico
Con elobjetivo decumplir
adecuadamentesus misiones
demandoyprotección,los
interruptoresdepotenciasuelen estar previstos
detodaunaseriedemecanismos
y dispositivos dedesengancheodesconexión.Acontinuacióncitaremoslosmás importantes:
1. Dispositivotérmicosdedesengancheconretardodelacorriente:seutiliza para
laproteccióncontra
sobrecarga
2. Dispositivosdedesengancheelectromagnéticosdesobreintensidad:son utilizados para la proteccióncontracortocircuito
3. Dispositivosdedesenganchemagnetotérmicos:seutilizaparaprotecciónde sobre
cargaycortocircuito
4. Dispositivos de desenganche electromagnéticos
de mínima tensión: seutiliza para cuandolatensióndisminuye hastaun50%desuvalor
nominal
PROTECCIÓN CONTRA FALLAATIERRA.
Losinterruptorescon fallasa
tierra
fueron desarrolladospara proveer proteccióncontra
estetipodefalla.Básicamente,estos
dispositivosconsisten deuntransformador diferencialquedetectaalgunacorriente
fluyendoatierraycomponentes deestado
sólido que amplifican esta
corriente
suficientemente, para activar
el
voltaje de
operacióndeunabobinade disparo.
Debido a que corrientes
relativamente pequeñas a
través del cuerpo
pueden
ser fatales,losinterruptorescon
falla
atierra deben
operarrápidamente
a un nivel predeterminadodecorriente.Ysu operaciónla produceunacorriente directamente
ligadaaunabobinadedisparo.
Uninterruptor decircuitoporfallaa tierra,seinstalaparaprotegernos contraunchoque eléctricoycumpleunafunciónmuydiferentea unfusibleo auninterruptor
termomagnético.También protegencontraincendiosocasionadosporfallas eléctricas,
sobrecalentamiento deherramientas o electrodomésticos
ydañosalaislamiento delos
cables.
Lafuncióndel
interruptor
esmonitorear lacantidaddecorrientequefluye delalíneaal neutro,ysi existe unadiferencia,comoenelcasoen el quelacorrientefluyaa tierra pasandoporunapersona,el
dispositivo abreel
circuito,cortandoel flujodecorriente.
Los interruptores
soncapaces desensar diferenciastanpequeñasde entre4a6mAy
tienen untiempodereacción
de0.025seg.
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