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MAQUINAS ELECTRICAS Miguel Villalobos O.

Ingeniería en Automatización y Control Industrial 1

Control de Motores

Eléctricos



DIAGRAMAS ELECTRICOS

Estos son la representación gráfica de un circuito o instalación eléctrica, en la que van indicadas

las relaciones mutuas que existen entre los diferentes elementos, así como los sistemas que

los interconectan.

Para su realización se emplean una serie de símbolos gráficos, trazos, marcas e índices, cuya

finalidad es poder representar, en forma simple y clara todos y cada uno de los elementos que

se van a usar en el montaje de un circuito eléctrico.

a) Simbolos: representaciones de máquinas o partes de una máquina, elementos de

mando y auxiliares de mando o partes de ellos, aparatos de medida, de protección y

señalización.

b) Trazos: representaciones de conductores que indican las conexiones eléctricas entre

los elementos que intervienen en el circuito, o uniones mecánicas entre símbolos de

aparatos.

c) Marcas e Índices: letras y números que se utilizan para lograr una completa

identificación de los elementos que intervienen en el diagrama y que se colocan a los

lados de cada uno de ellos.

Diagrama de Emplazamiento

En él se indica la situación física de cada uno de los elementos que componen el equipo de

control con relación a los demás componentes. Debe ser el resultado de un estudio minucioso

que responda a las necesidades planteadas.

En estos esquemas no hay que referenciar los bornes disponibles, o que deben conectarse, en

las figuras que representan los elementos del equipo. Sin embargo, en algunos casos es

conveniente hacerlo, en función del esquema de montaje e interconexión o enlace.

Diagrama de conexiones o Montaje

En éste esquema se representan las conexiones eléctricas entre los elementos integrantes de

una instalación o equipo de control.

Puede referirse a las conexiones interiores del equipo o también comprender las exteriores,

así como todos los detalles o información necesaria para realizar o comprobar las mismas.



Una característica general, en estos esquemas, es la representación de los elementos que

componen el equipo, dispuestos en su posición real, con las conexiones a realizar entre ellos,

de forma que ésta proporcione una imagen clara del conexionado a realizar.

Diagrama de representación Multifilar

En estos se representan todos los elementos, con sus correspondientes símbolos, y todos los

conductores o conexiones entre los bornes de un mismo y/o distinto elemento, mediante

trazos o líneas independientes.

Estos esquemas se emplearon en los comienzos del automatismo, quedando prácticamente

obsoletos en la actualidad principalmente debido a la complejidad que presentan, tales como:

a) Complejo trabajo de delineación.

b) Dificultad, con la consiguiente posibilidad de cometer errores en el montaje, en el

momento de su lectura, análisis e interpretación.

En la actualidad todo se limita a los esquemas de fuerza y a los esquemas de control.

Diagrama de Fuerza

Este esquema representa el conexionado desde la red a la carga o receptor es de poca

complejidad ya que sólo debe de ir las líneas que representan a los conductores.

Se le suele denominar también esquema principal o esquema de potencia. Los trazos deben

ser anchos para indicar así la capacidad de corriente transportada. Se suelen dibujar ya se sea

con las normas IEC (Comisión electrotécnica internacional), la ANSI (Organismo nacional de

estandarización de Estados Unidos) o la DIN (Organismo Nacional de Normalización de

Alemania).



Esquema de Control

También denominado como esquema auxiliar, éste debe de representar todo el cableado de

control entre los distintos equipos del esquema de fuerza. A él se le suele añadir todo lo

correspondiente a señalización a través de pilotos (luces) y también lo concerniente a las

alarmas tanto visuales como acústicas.

Para representar la poca capacidad de corriente que requieren estos circuitos, se suelen

realizar con trazos de línea fina.

SIMBOLOS

Descripción DIN NEMA IEC

Fusible

Mecanismo de accionamiento manual

Bobina contactor o relé



Relé con retardo a la conexión Relé con retardo a la desconexión Relé con retardo a la conexión y desconexión

Relé térmico de sobrecarga Relé magnético de sobrecorriente

Contacto normalmente abierto

Contacto normalmente cerrado

Contacto de conmutación

Contacto NO de apertura retardada

Contacto NO de cierre retardado

Contacto NC de apertura retardada

Contacto NC de Cierre retardado

Disyuntor trifásico

Pulsador NO

Pulsador NC

Motor de inducción rotor Jaula de ardilla



Motor de inducción rotor bobinado

ESTRUCTURA DE UN AUTOMATISMO

La estructura de un automatismo eléctrico se puede esquematizar de la siguiente forma:

MAQUINA

(Parte Operativa)

APAREJOS PARA LOSAUTOMATISMOS

(Parte De Mando Automático)

DIALOGOHOMBRE - MAQUINA(Parte De Mando Manual)

Explicitando un poco más las diferentes etapas de un automatismo observamos:

MAQUINAPROPIAMENTE

DICHOACCIONADORES

DETECCION TRATAMIENTOCOMANDO DE

POTENCIA

DIALOGOHOMBRE-MAQUINA

PARTEOPERATIVA

PARTEDE COMANDO

Aplicando estos aspectos generales a un automatismo eléctrico obtenemos el siguiente

diagrama:

MAQUINAo equipo a

controlar

ACCIONADORES

Motores

DETECCION o adquisición de datos mediante:

Fines de carrera, detectores, presostatos,

etc.

TRATAMIENTOContactores auxiliares

o relés, temporizadores

COMANDO DE POTENCIA

Contactores principales,

variadores de velocidad.

DIALOGOHOMBRE-MAQUINA

Pulsadores, manipuladores,

selectores, etc.



Dentro de los dispositivos más empleados en un automatismo eléctrico podemos mencionar:

a) CONTACTOR: Es un elemento accionador con carga a distancia, compuesto por

contactos de potencia y de control, bobina, núcleo, armadura, carcaza y bobina de

flagger (mantiene el flujo cuando la bobina principal su señal pasa por cero). Cuando

su bobina recibe la energía todos sus contactos cambian de estado:

Contacto NO NC Contacto NC NO

Contactor de 10 a 60 A Contactor de control Contactor de 100 a 800 A

Cuando se energiza la bobina su intensidad de corriente es relativamente elevada

denominándose como corriente de llamada esto debido al núcleo abierto c/r a la

armadura. Cuando estos se cierran esta corriente disminuye (6 a 10 veces menor)

denominándose como corriente de mantenimiento o trabajo.

Bobina Contactos Principales Contactos Auxiliares

La apertura de un contactor tiene, generalmente, por finalidad interrumpir la corriente

eléctrica que, previamente atravesaba los contactos. Generalmente las cargas son

inductivas y, por tanto, la corriente no se interrumpe instantáneamente, sino que se

establece un arco eléctrico como muestra la figura:

La duración del arco debe ser breve. No muy larga para evitar la destrucción de los

puntos de contacto, tampoco muy corta para evitar las sobretensiones de ruptura.



Con el fin de anular estos efectos entre los dos contactos donde se va a producir una

ruptura eléctrica se introducen cámaras apaga chispas. La resistencia de un arco

depende del número de placas ferromagnéticas que se interpongan entre los bornes

de contactos.

Las piezas metálicas alojadas en al cámara apaga-chispas, de la figura 13, tienen por

misión estirar el arco, produciendo un soplado magnético que rápidamente enfría el

centro del arco, absorbiendo el calor desprendido por efecto joule, y reduciendo el

riesgo del cebado.

b) RELÉ TERMICO: Un relé térmico es un aparato diseñado para la protección de motores

contra sobrecargas, fallo de alguna fase y diferencias de carga entre fases. El aparato

incorpora dos contactos auxiliares (NO-97-98 y NC-95-96), para su uso en el circuito de

mando.

Dispone de un botón regulador-selector de la intensidad de protección. Por ejemplo:

In.: 1,6 hasta 3,2A. Además, incorpora un botón de prueba (STOP), y otro para RESET.

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 deforme, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se produce

el cambio o conmutación de los contactos.

El relé térmico actúa en el circuito de mando, con dos contactos auxiliares y en el

circuito de potencia, a través de sus tres contactos principales.

Simbología normalizada:



c) TEMPORIZADORES: El temporizador retrasa la acción del contacto, la bobina actúa, y

todos los contactos que se mueven con ella; pero el contacto con dispositivo

temporizado permanece en la misma posición hasta que no transcurre el tiempo

previsto y luego actúa, los temporizadores pueden ser:

a) Con retardo a la desconexión (off delay)

b) Con retardo a la conexión (on delay)

c) Ambas según selección previa

Por la forma en que se produce la conexión/desconexión los temporizadores pueden

ser:

Térmicos

Neumáticos

Electrónicos



Temporizador neumático Temporizador electrónico

Su simbología es la siguiente tanto para bobina como sus contactos:

Si el temporizador es neumático y va montado sobre un contactor su numeración 1 se

reemplaza por un 5.

d) FUSIBLES: Su función es proteger los circuitos que preceden contra las corrientes de

cortocircuitos, cuando son muy elevadas y pueden ser perjudiciales para los circuitos

que protegen.

Sus características deben ser:

Tener un calibre adecuado a la intensidad de corriente a proteger.

Ser del tipo de efecto que convenga al circuito (rápido, medio o lento).

Estar situados en lugar de fácil acceso.

En caso de fusión cambiarlos por otros de iguales características.



En caso de fusiones continuas, estudiar las causas y de ser necesario, cambiar

el calibre del fusible.

e) DISYUNTORES: Elemento de protección contra cortocircuito y sobrecarga. El disyuntor

es un interruptor magnetotérmico es al mismo tiempo un dispositivo de corte capaz de

establecer, soportar e interrumpir corrientes de una intensidad igual como máximo a

su corriente asignada (In), y un dispositivo de protección capaz de interrumpir

automáticamente corrientes de sobreintensidad que pueden ser provocadas por fallas

en las instalaciones. La detección de sobreintensidades se realiza mediante tres

dispositivos diferentes: térmicos para sobrecargas, magnéticos para cortocircuitos y

electrónicos para ambos. Los interruptores térmicos y magnéticos, generalmente

asociados (interruptores automáticos magnetotérmicos), poseen una técnica probada

y económica, si bien ofrecen menos facilidades de regulación que los interruptores

electrónicos.

Relé Térmico: Está constituido por un termoelemento cuyo calentamiento por encima

de los valores normales de funcionamiento provoca una deformación que libera el

cierre de bloqueo de los contactos. El tiempo de reacción de un termoelemento es

inversamente proporcional a la intensidad de la corriente. Debido a su inercia térmica,

cada nueva activación del circuito disminuirá su tiempo de reacción.

Relé Magnético: Está constituido por un bucle magnético cuyo efecto libera el cierre

de bloqueo de los contactos, provocando así el corte en caso de sobreintensidad

elevada. El tiempo de respuesta es muy corto (del orden de una centésima de

segundo). Pseen un ajuste de Im que permite ajustar el valor de disparo a las

condiciones de protección de la instalación (corriente de falla y contacto indirecto).

Además, dicho ajuste permite buscar las mejores condiciones de selectividad entre los

aparatos.

Relé Electrónico: Un toroidal, situado en cada conductor, mide permanentemente la

corriente en cada uno de ellos. Esta información es tratada por un módulo electrónico

que acciona el disparo del interruptor cuando se sobrepasan los valores de ajuste. La

curva del interruptor presenta tres zonas de funcionamiento.

Zona de funcionamiento «instantáneo». Garantiza la protección contra

cortocircuitos de alta intensidad. Viene ajustada de fábrica a un valor

determinado (5 a 20 kA según los modelos).

Zona de funcionamiento de «retardo corto». Garantiza la protección contra

cortocircuitos de intensidad menor, generalmente en el extremo de línea. El

umbral de activación suele ser regulable. La duración del retardo puede llegar

por pasos hasta un segundo a fin de garantizar la selectividad con los aparatos

situados aguas abajo.



Zona de funcionamiento de «largo retardo». Es asimilable a la característica de

un interruptor térmico. Permite garantizar la protección de los conductores

contra sobrecargas.

f) PULSADORES: estos van montados en las denominadas botoneras. Consta de un

pulsador normalmente abierto para la puesta en marcha, y otro pulsador

normalmente cerrado para el paro.

En los botones se reserva el color rojo para el paro, el de marcha, puede ser, verde,

negro, o cualquier color, suelen venir grabado con 0 (cero) para el paro y con la letra

mayúscula I (i) para la marcha.



Se llama el pulsador, a la parte exterior sobre la que se actúa y la interior, la que no se

ve, bloque de contactos. El bloque de contacto puede ser simple normalmente abierto,

o normalmente cerrado. También puede ser doble, con un contacto normalmente

abierto y otro contacto normalmente cerrado al pulsar se actúa sobre los dos contactos

al mismo tiempo.

La operación de pulsar un contacto puede tener distintas soluciones, por ejemplo: Las

botoneras salientes son rápidas de accionar pero tiene el inconveniente de que se

pueden pulsar por accidente, en este caso los pulsadores embutidos son una buena

solución, aunque el mando giratorio es una solución aún mejor.

Para evitar que personas no autorizadas pongan en marcha una máquina los pulsadores

con lleve son un buen seguro siempre que no se trate de una seguridad total. El mando

por puntos es una botonera que puede girarse pero que solo actúa en el punto que se

haya seleccionado previamente.

La botonera de seta, es un paro de emergencia que puede pulsar cualquier persona, al

apretarlo, el pulsador queda retenido y deja descontado el contactor. Para volver a

poner en funcionamiento es preciso sacar el pulsador de paro girando este en el sentido

que indica la flecha grabada en el frente.



g) LUCES PILOTO: Permiten señalizar el funcionamiento correcto e incorrecto de un

circuito de control eléctrico.

Colores de pilotos:

En reposo

La máquina se ha detenido por anomalía o

bien pide orden de paro.

Atención o precaución

Señal para ciclo automático. Próximo al valor

límite.

En servicio

Todos los componentes dispuestos para el

arranque.

Condición normal Máquina dispuesta para entrar en servicio.

Referenciado de componentes

Todos los elementos deben de referenciarse para poder interpretar correctamente un

diagrama, para ello se considera dos letras (tipo y función) y una cifra por la cantidad de

equipos:



CIRCUITO DE PARTIDA

Arranque Directo

Arranque Directo con Inversor de Marcha

La inversión del giro se consigue cambiando dos fases, para lo que hace falta dos contactores

con dos contactos auxiliares un NO y un NC por cada contactor, también un enclavamiento

mecánico. El enclavamiento mecánico, a veces se sustituye por un doble enclavamiento

eléctrico, utilizando pulsadores de doble contactos.

El mando del inversor requiere una botonera de mando de tres botones, dos de marcha y uno

de paro.

Para cambiar el sentido del giro es necesario parar y esperar que el motor se pare. Caso de no

esperar y dar la orden de giro en sentido contrario, sin que el motor se haya parado por si

mismo, se producirá un frenado brusco y una marcha a contracorriente. Esto produce un

consumo de corriente tan elevado que puede llegar a fundir los fusibles. Para evitar esto,

puede acoplarse un contacto con retraso a la conexión, un electroimán freno en el eje del

motor o unos fusibles de mayor amperaje.



Arranque Indirecto con Actuador

Cuando un motor comienza a girar, lo hace arrastrando en su rotación todo el peso del hierro

que forma la parte móvil, venciendo la inercia de su peso. Cuanto mayor es el motor mayor

inercia, y más largo el tiempo necesario para que el motor alcance su velocidad de

funcionamiento. Durante el tiempo que dura esta resistencia al paso de reposo al de

funcionamiento normal, el motor consume tres veces más que en marcha normal. El objeto de

los arrancadores es disminuir este exceso de corriente.

Los arrancadores por sistema estrella triángulo consisten en hacer las conexiones del motor

en estrella y cuando transcurre el tiempo de arranque cambiar la conexión a triángulo.

Para que esto sea posible, se tiene que cumplir las siguientes condiciones:

Las conexiones en estrella y triángulo se realizan con tres contactores y un relé de tiempo.

Utilizando seis conductores desde el motor hasta el arrancador, los tres conductores de la

parte superior del motor se tiene que corresponder con los tres conductores de abajo, si se

altera el orden el motor quedaría en dos fases.

Para motores pequeños (menos de 3 KW) el arranque se realiza directamente, la utilización de

los arrancadores sólo se aconseja a partir de los 4 CV.

Cuando entra el contactor K2 se ponen en cortacircuito los bornes XYZ, luego entra el

contactor K1 y el motor arranca, la tensión de la red es 3 veces menor de la que le

corresponde, luego el consumo también es menor en la misma proporción, el motor arranca y

va adquiriendo velocidad, en el tema anterior se dijo que el voltaje no le afecta a la velocidad,

solamente el número de polos y la frecuencia. Cuando el motor adquiere toda su velocidad el

consumo baja en ese momento es cuando se abren los puentes de la estrella y entra en

funcionamiento el contactor K3 que puentea U con X, V con Y, y W con Z. Es decir, los ha

conectado en triángulo, la conexión que corresponde a la red (la más baja del motor).



Por F2 (el térmico) no pasa toda la corriente que consume el motor solamente 3 veces la

intensidad nominal, por lo que este térmico se tendrá que ajustar a ese consumo.

El sistema de estrella triángulo es el más popular y más empleado, el inconveniente está en la

tensión del motor que no todos los motores coinciden la tensión menor de funcionamiento

con la de la red, y si no es así no se puede montar este sistema habría que ir a un sistema más

costoso y voluminoso que emplearía autotransformadores, para hacer la misma función de

comenzar con una tensión baja y escalonadamente irla subiendo hasta llegar a la tensión de

red y entonces desconectarlo.

Arranque Indirecto con Actuador con Inversor de Marcha



Arranque Indirecto con Resistencias Rotóricas

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