Electrotecnia

CIRCUITOS DE CONTROLLaboratorio Electrotecnia No. 7

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UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOFACULTAD DE INGENIERIA-PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

ELECTROTECNIAAugusto Cuevas, Sebastián Puentes, Alan Sandoval

INTRODUCCION

En sitios como fabricas industriales e instalaciones eléctricas industriales, es necesaria una gran cantidad de maquinaria que es alimentada por distintas energías entre las cuales predomina la energía eléctrica debido a razones técnicas y de economía, la gran mayoría de los dispositivos mecánicos que son empleados en los sectores industriales y terciarios son accionados mediantes motores eléctricos .

Cuando un motor eléctrico comienza a funcionar, es decir, en el arranque, toma mayor corriente que la nominal con la que él trabaja. Esta demanda excesiva de la corriente no representa problema alguno para el motor y es una situación normal.

RESUMEN

En esta experiencia se realizamos el montaje de un motor eléctrico que manejaba una corriente nominal de 0.8A y con una tención de 120V fue energizado ; se procedió a medir la corriente de arranque con la ayuda de un Amperímetro .

En esta experiencia se realizamos el montaje de un motor eléctrico que manejaba una corriente nominal de 0.8A y con una tención de 120V fue energizado ; se procedió a medir la corriente de arranque con la ayuda de un Amperímetro .

OBJETIVOS

1) aprender a realizar en montaje de un motor eléctrico.

2) comprender el funcionamiento del mismo.

3) reconocer cada uno de los componentes que integran el montaje de motor.

4) analizar y comparar las corrientes de arranque y nominal.


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MATERIALES

. Relé termino

.interruptores

.Pulsadores

.Contador

.Máquina de Rotor Bobinado

.Voltímetros

.Amperímetros

.Banas

MARCO TEORICO

Los interruptores:

Son dispositivos poder de corte, para cerrar o abrir circuitos, las secciones de las piezas que cierran o abren el circuito deben estar convenientemente dimensionadas, de tal manera que permitan el paso d corriente sin que se genere calentamiento excesivo.

Al abrirse el circuito la chispa que se produce debe apagarse rápidamente, antes de que se forme un arco eléctrico, que dañe fácilmente los contactos. Por ello la operación de estos debe realizarse con un movimiento rápido, o mediante el sistema de apertura brusca.

Existen varios tipos de modelos de interruptores como los basculantes, de cuchilla, entre otros.

Pulsadores:

Estos son dispositivos que se diferencian de los interruptores por que estos cierran y abren circuitos solamente mientras actúa sobre ellos una fuerza exterior, recuperando su posición de reposo (inicial) al cesar dicha fuerza, por acción de un resorte o muelle.

Aparatos de protección


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Son destinados a interrumpir el circuito cuando se presentan irregularidades o condiciones anormales en su funcionamiento, en su mayoría son aparatos de protección por sobrecarga o sobreintensidades (los más usados en controles y automatismos), entre estos aparatos tenemos:

Fusibles: estos son conductores calibrados únicamente para el paso de una determinada corriente, por consiguiente estos conductores son más débiles que el resto de los conductores del resto del circuito. De manera que al producirse un cortocircuito, este interrumpirá el flujo de corriente des energizando el circuito que está protegiendo, esto lo hace ya que el fusible se funde para valores de corriente mayores que el valor de trabajo del mismo debido a que su punto de fusión es muy bajo, logrando evitar daños mayores en las cargas o al mismo circuito en sí. Existen muchos tipos de fusibles; de tapón, bayoneta, cartucho, cuchilla, etc.

EL RELÉPrincipio de funcionamiento

Un relé es un interruptor accionado por un electroimán.

Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre (Fig. 1). Al pasar una corriente eléctrica por la bobina (Fig. 2) el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.

Tipos de relés

El relé que hemos visto hasta ahora funciona como un interruptor. Está formado por un contacto móvil o polo y un contacto fijo. Pero también hay relés que funcionan como un conmutador, porque disponen de un polo (contacto móvil) y dos contactos fijos (Fig. 5).


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Cuando no pasa corriente por la bobina el contacto móvil está tocando a uno de los contactos fijos (en la Fig. 5 el de la izquierda). En el momento que pasa corriente por la bobina, el núcleo atrae al inducido, el cual empuja al contacto móvil hasta que toca al otro contacto fijo (el de la derecha). Por tanto, funciona como un conmutador. En la Fig. 6 puede verse el símbolo de este tipo de relé. También existen relés con más de un polo (contacto móvil) siendo muy interesantes para los proyectos de Tecnología los relés conmutadores de dos polos (Fig. 7) y los de cuatro polos (fig. 8).

Control de un motor mediante relé En muchos proyectos de Tecnología es necesario controlar el giro, en ambos sentidos, de un pequeño motor eléctrico de corriente continua. Dicho control puede hacerse con una llave de cruce o con un conmutador doble, pero también podemos hacerlo con un relé, como veremos a continuación.

Observa la Fig. 9. La bobina del relé se ha conectado a la pila a través de un pulsador NA (normalmente abierto) que designamos con la letra P. El motor se ha conectado a los contactos fijos del relé del mismo modo que si se tratase de un conmutador doble. Los dos polos del relé se conectan a los bornes de la pila.


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En esta situación al motor le llega la corriente por el borne derecho y le sale por el izquierdo, girando en sentido antihorario (Fig. 9).

Al accionar el pulsador P (Fig. 10) suministramos corriente a la bobina del relé, haciendo ésta que los contactos móviles cambien de posición, con lo cual la corriente le llega al motor por su borne izquierdo y le sale por el derecho, girando en sentido horario.

El tipo de control descrito tiene dos inconvenientes:

a. el motor no se para nunca.

b. hay que mantener accionado el pulsador para que el motor gire en uno de los dos sentidos.

El problema de parar el motor automáticamente se soluciona mediante interruptores finales de carrera, accionados por el elemento móvil (por ejemplo, una puerta corredera). Dichos interruptores deben colocarse en los cables que conectan el motor con el relé, de manera que corten la corriente del motor en el momento adecuado.

Para no tener que estar accionando de forma continua el pulsador hay dos posibilidades:

a. Utilizar un interruptor en lugar de un pulsador. Esta solución nos obliga a controlar el motor desde un solo lugar (donde esté el interruptor).

b. Modificar el circuito que conecta la bobina con la pila, mediante lo que se llama circuito de enganche del relé. Como veremos, esta solución nos permite controlar el motor desde dos puntos diferentes, lo cual es necesario en algunos casos, como por ejemplo si queremos poder abrir y cerrar una puerta de garaje tanto desde dentro como desde fuera del mismo.

EL CONTACTOR

Es un aparato de maniobra automático con poder de corte, y que por consiguiente puede cerrar o abrir circuitos con carga o en vació.


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Se le define como un interruptor accionado o gobernado a distancia por acción de un electroimán.

Partes del contactor.

Carcaza: soporte fabricado en material no conductor (plástico o

Baquelita) sobre el cual se fijan todos los componentes del contactor.

Circuito electromagnético: está compuesto por unos dispositivos cuya finalidad es transformar la electricidad en magnetismo, generando un campo magnético lo más intenso posible. Propiamente constituiría el electroimán de un contactor.

Está compuesto de bobina, núcleo y armadura.

Bobina: es un arrollamiento de alambre, con un gran número de espiras, que al aplicársele tensión crea un campo magnético. El flujo generado da lugar a un par electromagnético, superior al par re -sistente de los muelles de la armadura, atrayéndolo hacia el núcleo Se construye con cobre electrolítico, arrollándolo sobre una formaleta.

La intensidad absorbida por la bobina, al ser energizada, es relativamente elevada, debido a que no existe en el circuito nada más que la resistencia del conductor, por ser la reactancia mínima al tener el circuito electromagnético mucho entrehierro. Una vez cerrado el circuito magnético (cuando el núcleo atrae la armadura) aumenta la impedancia de la bobina, lo que reduce la corriente inicial a uno intensidad nominal baja.

La tensión de alimentación puede ser la misma del circuito de fuerza o inferiores a ésta, reducidas por un transformador, o suministradas por otra fuente de alimentación. Por este motivo, al elegirse un contactor, debe tomarse muy en cuenta la


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tensión (y frecuencia) con que debe energizarse la bobina. Estos datos vienen claramente registrados en ella.

La tensión que se aplica a la bobina, se realiza a través de una gran variedad de elementos (pulsadores, contactos auxiliares, contactos de elementos auxiliares de mando, etc.) de acuerdo o las necesidades o complejidad del circuito.

Núcleo: El núcleo es una parte metálica, generalmente en forma de E, y que va fija en la carcaza.

Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la parte central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.

Se construye con una serie de láminas muy delgadas (chapas), fe-rromagnéticas y aisladas entre sí (pero que forman un solo bloque fuertemente unido), generalmente de hierro silicoso, con la finalidad de reducir al máximo los corrientes parásitas o de Foucoult (corrieres eléctricas que circulan por el núcleo al estor sometidas a una variación del flujo magnético, originando pérdidas de energía por efecto joule).

En los contactores cuyo circuito de mando va a ser alimentado por corriente alterna (no así cuando se alimenta con corriente continua), el núcleo debe tener un elemento adicional denominado espiras de sombra, espiras en cortocircuito, espiras de Frager o anillos de desfasaje.

Cuando circula corriente alterna por la bobina, cada vez que el flujo es cero, la armadura se separa del núcleo dos veces por segundo, porque el flujo magnético producido por la bobina es también dos veces cero. En realidad como el tiempo es muy pequeño (1/120 de segundo cuando la frecuencia es 60 Hz), es imposible que la armadura se separe completamente del núcleo, pero es suficiente para que se origine un zumbido y vibración, que de ser continuo estropearán el contactor. Para evitar este inconveniente se colocan en las dos columnas laterales del núcleo las espiras de sombra (construidas en cobre), para suministrar al circuito magnético un flujo cuando la bobina no lo produce, creando en consecuencia un flujo magnético constante, similar al que puede produciría la corriente continua.

Armadura: elemento similar al núcleo, en cuanto a su construcción, pero que a diferencia de este es una porté móvil, cuya finalidad principal es cerrar el circuito magnético, cuando se energice la


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bobina, porque en estado de reposo debe estar separado del núcleo. Se aprovecha de esta propiedad de movimiento que tiene para colocar sobre él una serie de contactos (parte móvil del contacto) que se cerrarán o abrirán siempre que la armadura se ponga en movimiento.

La armadura debe estar cubierta por un material aislante, para evitar que los diferentes contactos que se coloquen queden eléctricamente unidos.

Contactos: elementos que tienen por objeto cerrar o abrir una serie de circuitos.

Un contacto está compuesto por dos partes fijas (ubicadas en la carcaza) y una parte móvil (sujeta en la armadura).

Ordinariamente están hechos de bronce fosforado, que es un buen conductor, tiene consistencia y al mismo tiempo cierta elasticidad. Normalmente en el punto en que se establece el contacto (extremos de la parte fija y móvil que deben unirse) se produce un arco eléctrico al abrirse el circuito bajo carga, por lo que es necesario que dichos puntos tengan una mayor consistencia y dureza. Para lograr esto se construyen dichos puntos en materiales aleados a base de plata-cadmio, plata-níquel, plata-paladio, etc.

Estas partes deben tener una gran resistencia al desgaste por erosión que produce el arco, tener buena resistencia mecánica, poca resistencia eléctrica en el punto de contacto, no oxidable (el óxido se constituye en material aislante) y no ser susceptible a pegarse o soldarse.

Todas estas exigencias hacen que los contactos (especialmente en el punto de contacto) sean la parte más delicada del contactor, y por consiguiente deben cuidarse con especial esmero, de manera que los circuitos que establecen funcionen normalmente.

Una de las precauciones que más debe cuidarse es la de hacerles un mantenimiento periódico, así como protegerlos del polvo, grasa, humedad, etc.

En el contactor encontramos dos tipos de contactos: principales y auxiliares.


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a) Principales: son los contactos que tienen por finalidad realizar el cierre o apertura del circuito principal, a través del cual se transporta la corriente al circuito de utilización (carga). Deben estar debidamente calibrados, para permitir el paso de intensidades requeridas por la carga sin peligro de deteriorarse.

Por la función que deben realizar estos contactos serán únicamente abiertos.

Se tienen contactores con contactos capacitados para transportar corrientes desde unos cuantos amperios, hasta corrientes con intensidades muy elevadas.

Sobre todo en estos últimos, en el momento en que un contactor bajo carga se desenergiza y los contactos se separan, el circuito no se abre inmediatamente, sino que la corriente sigue pasando durante un breve tiempo a través del aire ionizado (aire que al calentarse se ha vuelto conductor). Debido a este fenómeno se produce una chispa, que si se transforma en un arco eléctrico generará una temperatura muy elevada, de 5000º a 8000º C, muy por encima de la temperatura de fusión del material con el cual están hechos los contactores, debilitándolos, desgastándolos por erosión y finalmente dañándolos completamente.

Por lo tanto en circuitos que absorben corrientes altas es imprescindible reducir el arco y apagarlo en el tiempo más breve posible. Esto puede lograrse mediante diferentes sistemas: soplado, transferencia y fraccionamiento del arco, etc.

La zona, donde se produce el arco, conocida comúnmente como cámara apaga chispas, debe construirse con materiales muy resistentes al calor, tales corro poliéster con un gran porcentaje de fibra de vidrio.

b) Auxiliares: son aquellos contactos que tienen por finalidad el gobierno del contactor (específicamente de la bobina) y de su señalización.

Pueden ser abiertos o cerrados, y como están hechos para dar paso únicamente a pequeñas corrientes (alimentación de la bobina y elementos de señalización), suelen ser normalmente más pequeños que los contactos principales.

El número de contactos auxiliares por contactor varía de acuerdo a las necesidades de las diferentes maniobras, desde uno normalmente abierto, hasta varios abiertos y cerrados.

En circuitos con cierta complejidad se usan frecuentemente contactores que tienen únicamente contactos auxiliares, denominados por esta razón contactores auxiliares.


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Funcionamiento del contactor:

Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso que hace que el núcleo atraiga a la armadura (parte móvil), de manera que al realizarse este movimiento, se cierran contemporáneamente todos los contactos abiertos (tanto principales como auxiliares) y se abren los contactos cerrados.

Para volver los contactos a su estado de reposo basta desenergizar la bobina.

Ventajas en el uso de contactores:

1. Posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes débiles. Se puede gobernar un contactor para 200 A, por ejemplo, con bobinas que consumen sólo alrededor de 0.35 A 220 V.

2. Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas.

3. Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos (estaciones).

4. Seguridad del personal: dado que se realizan las maniobras desde lugares alejados del motor.

5. Automatización del arranque de motores.

6. Automatización y control en numerosas aplicaciones, con ayuda de los aparatos auxiliares de manso (llenado automático de tanques de aguo, control de temperatura en los hornos, etc.).

Elección de los contactores:

Al elegir un contactor deben tenerse presente los siguientes factores:

1. Tensión y potencia nominales de la carga.

2. Clase de arranque del motor.

3. Número aproximado de accionamientos (conexiones por hora).

4. Condiciones de trabajo: ligera, normal, duro, extrema, etc. Tensión y frecuencia reales de alimentación de la bobina.

5. Si es para el circuito de potencia o únicamente para el circuito de mando, o para ambos.

6. Tensión de aislamiento del contactor.


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ANALISIS Y RESULTADOS

En esta experiencia usamos una máquina de rotor bobinado con las siguientes características: de 175 W – 1500 rpm – 208 V – 1.3 A, contactor, interruptores y relé de sobrecarga.

Después de hacer el montaje se obtuvo que este trabaja con una corriente nominal de 0.8 A y una corriente de arranque de 2.2A que es más del doble de su corriente nominal como se puede observar en la siguiente tabla .

Parámetros Arranque NominalV 120 120I 2.2 0.8S 792 288P 420 60FP 0.53 1

Donde


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SArranque =√3 * (208)*( IArranque ) y SNominal =√3 * (208)*( INominal )

Parranque =300+120=420watts y P Nominal = 105-40= 60Watts

FPArranque=PS

y FPNominal =PS

Conclusiones.

La anterior experiencia representa el montaje en el laboratorio del circuito de motor y el circuito de control, se notó que el motor al arrancar consumía 2.2 A que era más del doble de su corriente nominal que era de 0.8 A, esto es debido a que para arrancar el motor y por ende hacerlo girar se necesita más potencia que para mantenerlo en movimiento gracias a la inercia del mismo y cuando el motor se estabilizaba llegaba a consumir su corriente nominal que era de 0.8 A.

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