Libro Control Electromagnético

8/17/2019 Libro Control Electromagnético

1/55

Instituto Politécnico Nacional

Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 11 “Wilfrido Massieu”

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

“INSTALACIONES DE SISTEMAS DE

CONTROL ELÉCTR ICO”

Libro de Sistemas de Control Eléctrico.

ELABORÓ: M.C. Karla Elena Unna Ruiz


2/55

“Sistemas de cont rol” primer departamental

Elaboró: M.C. Karla Unna 2

IMPORTANCIA, APLICACIÓN Y ALCANCE DEL CONTROL

Cuando en un motor se usaba una flecha común, controlar un motor norepresentaba mucho problema, ya que el motor arrancaba y paraba solo unascuantas veces al día. Actualmente, la necesidad de mantener en condiciones

óptimas la operación de las máquinas eléctricas, ya que con el uso de latransmisión individual el motor ha llegado a ser casi una parte integral de lamáquina y que para que las instalaciones industriales funcionen a su máximacapacidad de producción, es importante conocer la función del control, de acuerdoa la variedad y número de operaciones que realizan.

El término genérico “Control de Motores” significa muchas cosas, desde un simpleinterruptor de palanca hasta un complejo sistema de componentes, tales como:relevadores, controles de tiempo, etc. Por lo tanto, la función común es la mismaen cualquier caso, esto es, controlar alguna operación del motor eléctrico.

La definición de control que aparece en las NORMAS TÉCNICAS PARAINSTALACIONES ELÉCTRICAS (N.T.I.E.) es:

Controlador: Dispositivo o grupo de dispositivos que sirven para gobernar, enalguna forma predeterminada, la potencia eléctrica suministrada a los equipos alos cuales estén conectados.

De lo anterior podemos definir al control, como el dispositivo o grupo dedispositivos que nos ayuda a realizar, las operaciones necesarias para que elmotor eléctrico, funcione de acuerdo a las características específicas de la

máquina la cual nos proporciona un trabajo.


3/55



NORMAS TÉCNICAS APLICABLES AL CONTROL

De acuerdo a las N.T.I.E. en su sección 403 referente a los motores, sub-sección“ A” Generalidades dice.

“Esta sección contiene requisitos para la instalación de motores y de susdispositivos de desconexión, protección y control, así como para los circuitos quealimenta a los motores”.

Del Suministro

Protección del circuito al alimentador Sub-sección Econtra cortos circuitos o fallas de tierra.

Conductores del circuito alimentador. Sub-sección B

Medio de desconexión. Sub-sección H

Protección del circuito derivado contra cortos Sub-sección Dcircuitos.

Conductores del circuito derivado. Sub-sección B

Controlador Sub-sección G

Protección contra sobrecarga Sub-sección C

Protección contra sobrecarga integrada al Sub-sección C

motor

Diagrama que muestra como está dividida la sección.


4/55



De la fig. Anterior debemos considerar para el estudio de nuestra materia, lassubsecciones “C”, “D”, “E” y “G”.

Sub-sección C. Protección contra sobre-carga en el motor.

Los requisitos de la sub-sección “C” se refiere a los dispositivos de la sobre-corriente destinados a proteger a los motores, a los aparatos de control de dichasmáquinas y a los conductores de los circuitos derivados que los abastezcan,contra el calentamiento excesivo o fallas de arranque.

Sub-sección D. Protección de circuitos derivados para motores contra C.C. o fallasa tierra.

Los requisitos de esta sub-sección “D” se aplican a los dispositivos de sobre-corriente destinados a sobreproteger a los conductores de circuitos derivados paramotores, a los aparatos de control de los motores y a los propios motores contra

sobre-corrientes debidas a cortos circuitos o a tierras.

Sub-sección E. Protección de circuitos alimentadores que abastecen motores,contra corto circuitos o falla a tierra.

Los requisitos de esta sub-sección “E” se aplican a los dispositivos de sobre-corriente destinados a proteger a los conductores de circuitos alimentadores queabastecen motores, contra sobre-corriente debido a corto circuito o tierra.

Sub-sección G. Controladores de motores.

a) Definición. Para efectos de esta sección el término controlador incluye acualquier interruptor o dispositivo que se use normalmente para arrancar y pararun motor.

b) Motor fijo de 1/8 de C.P. o menos. Para un motor fijo de 1/8 de C.P. o menos,que normalmente se deje en marcha y este construido de manera que no puedaser dañado por sobrecargas o fallas en el arranque, tal como el motor de un reloj osimilar puede servir como controlador el dispositivo de sobre-corriente delderivado.

c) Motor portátil 1/3 de C.P. o menos. Para un motor portátil de 1/3 de C.P. omenos, el controlador puede ser una clavija o contacto.

Nota: En los párrafos anteriores solamente se transcribieron las generalidades decada sub-sección por lo tanto será necesario consultar las normas técnicas parainstalaciones eléctricas, en su sección 403.


5/55



SÍMBOLOS

En los diagramas se usan símbolos para representar el equipo eléctricoverdadero. Aunque se ha tratado de establecer símbolos estándar, la diferencia denormas que existen entre los países hace que en nuestro país se utilicen

generalmente dos sistemas de símbolos diferentes, uno llamado americano y otroeuropeo. A continuación tenemos los símbolos más usados en el control, esto noquiere decir que estos símbolos sean los únicos correctos ya que las personasque los manejan no han adoptado una uniformidad, esto se nota mucho más en elsistema Europeo.

Tabla 1 “ Simbología del equipo eléctrico en sistema americano y eur opeo”

Descripción Americano Europeo

Contactor magnético, 3 polos con elementos

térmicos.

Interruptor de navajas, 3 polos un hilo.

Interruptor de navajas, 3 polos, 1 hilo y fusibles.

Interruptor termo-magnético,

3 polos completo.

Bobina de contactor.


6/55



Elemento termo-magnético desobrecarga.

Elementos magnéticosde sobrecarga.

Relevadores desobrecarga.

Contactos.

N.C, N.A. De cierre De apertura

Contactos de cambio de 3 vías.

Contacto de relevadorde tiempo a bobina

energizada.

N.A.

N.C.De cierre De apertura

Contacto de relevadorde tiempo a bobina

desenergizada.

N.A.

N.C.De cierre De apertura

Pulsadores.N,C,

N.A.

D.A. D.C. D.C. D.A.


7/55



Interruptor de pedal.

D.C. D.A.

Interruptor de límite.

D.A. D.C.

Interruptor de flujo.

D.A. D.C.

Interruptor de presión.

D.A. D.C.

Interruptor térmico.

Interruptor de flotador.

D.A. D.C.

Interruptor de velocidadcero.


8/55



FUNCIONES DEL CONTROLADOR

Arranque:

Deberá arrancar al motor de acuerdo a las características propias de la máquina,tanto eléctricas como mecánicas. Por ejemplo, algunos motores de acuerdo a supotencia, no pueden ser arrancados directamente a la línea, algunas veces por sualto par de arranque o por su alta corriente de arranque, por lo tanto hay que elegirun arrancador que reduzca su corriente de arranque o su par de arranque.

Marcha:

Aquí el controlador deberá proporcionar, alguna opción de operación tales como;marcha constante, marcha a impulso o marcha en intervalos de tiempo definido.

Paro:

En algunas ocasiones para detener la marcha de un motor, no basta condesconectarlo de la línea, puesto que éste continúa girando. Por lo tanto paraaplicaciones donde se requiere un paro inmediato, el controlador deberá ser capazde imprimir una acción de freno. Por ejemplo los elevadores, grúas, etc.

Control de la velocidad:

El control, cuando así se requiera será capaz de controlar la velocidad de losmotores o de variarla dentro de algunos rangos precisos.

Inversión del sentido de giro: En los procesos industriales, la maquinaria requiere que su motor tenga lacapacidad, de invertir su sentido de rotación y esta función nos la proporciona elcontrol.

Protección:

La protección que debe proporcionarnos un control es primordialmente contrasobrecargas, aun cuando puede proporcionar un sistema de protección contrasobre-corrientes, inversión de rotación y cambio de velocidad.


9/55



TIPOS DE CONTROLES

Dependiendo de su tipo de operación los controladores se clasifican en:

Manuales

Semiautomáticos Automáticos

Manuales:

Cuando el ser humano interviene durante toda la operación, es decir, que loselementos que componen al control son entrelaces mecánicos. Se utilizangeneralmente en pequeñas máquinas eléctricas, donde el operador y el controlestán tan cerca de la máquina.

Semi-automáticos:

Cuando el ser humano interviene durante el principio de la operación. Cuando estosucede se trata de dispositivos magnéticos, generalmente con sistema de controlllamados a 3 hilos.

Automáticos:

Cuando el ser humano no interviene durante la operación del control. Al igual queel sistema semi-automático es un dispositivo magnético, con un sistema de controlllamado a 2 hilos.


10/55



TIPOS DE ELEMENTOS USADOS EN CONTROL

A los elementos que intervienen en los sistemas de control, se clasificangeneralmente en cuatro tipos que son: De mando, básicos, de salida y auxiliares.

Elementos de Mando:

Se les llama elementos de mando a los que convierten en acción las señaleseléctricas que emiten. Tales como; estaciones de botones, interruptores depresión, interruptores de límite, etc.

Elementos Básicos:

Son los que efectúan la parte de control, recibiendo las señales de los elementosde mando y las procesan de tal manera que la señal de salida sea la adecuadapara el funcionamiento del sistema. Estos suelen ser los relevadores de tiempo,

contactores auxiliares, etc.Elementos de Salida:

Reciben las señales de los elementos básicos o directamente de los elementos demando y la adecuan para el buen funcionamiento de los motores. Estos elementosson los contactos electromagnéticos del sistema de fuerza.

Elementos Auxiliarles:

Son los que realizan funciones específicas en el control, tales como: Los

dispositivos de protección, de señalización, autotransformadores, resistencias, etc.


11/55



DIFERENCIA ENTRE SECCIONADORES E INTERRUPTORES

Se le conoce como seccionador al dispositivo usado para cortar un circuito,interrumpir la corriente en un conductor o aislarlo de otro como medida deseguridad y debe ser accionado sin carga, o sea cuando no circula corriente

atreves de él.

Se le llama interruptor al dispositivo que puede abrir un circuito eléctrico, cuando através de él circula una corriente, con un valor hasta la capacidad del mismodispositivo, sin sufrir algún daño. Los interruptores generalmente se dividen endos: Aquellos que operan de manera manual, como los interruptores de navajas,apagadores, pulsadores, etc. Y los que operan automáticamente, tales como losinterruptores de presión, de flotador, interruptores termo-magnéticos, etc.

Figura 1 “ Interruptor de cuchillas”


12/55



INTERRUPTORES USADOS EN CONTROL

Pulsadores:

Son interruptores que se accionan mecánicamente para abrir o cerrar (o ambasfunciones) los circuitos eléctricos de control. Hay dos tipos de botones pulsadores:De contacto momentáneo y de contacto sostenido, cuando los pulsadores secombinan en un mismo envolvente forman lo que se conoce como estación debotones.

Figura 2 “P ulsadores de contacto Figura 3 “P ulsadores de contactomomentáneo” sosteni do”

Interruptor de Flotador :

Este dispositivo convierte una acción mecánica en una señal eléctrica, se utiliza enequipos de bombeo para determinar niveles de agua en ciste r nas y tinacos. Suconstrucción es variada, pero básicamente están formados por un juego decontactos accionados por un brazo mecánico acoplado a un dispositivo flotador.

Figura 4 “ Interruptor de flotador ”


13/55



Interruptores de Presión:

El control de bombas, compresores de aire, máquinas soldadoras, sistemas delubricación y máquinas de herramientas requieren de un dispositivo de control queresponda a la presión de un medio, tal como el agua, o aceite. El dispositivo de

control que hace esto es el interruptor de presión. Tiene un juego de contactos queson operados por el movimiento de un pistón, fuelle o diafragma que a su vezactúan un juego de resortes. La presión en el resorte determina la presión a la cualel interruptor cierra y abre sus contactos.

Figura 5 “ Interruptor de presión”

Interruptores de límite:

Cuando se requiere una acción determinada de acuerdo con el movimiento de unamaquinaria, se utiliza un interruptor de límite o de fin de carrera. Este dispositivoestá construido de tal manera que una palanca o brazo móvil del interruptor esempujado por algún elemento móvil de la máquina. Esta acción mecánica delbrazo acciona los contactos del interruptor, se utiliza en puertas automáticas,grúas, etc.

Figura 6 “ Interruptores de límit e”


14/55



Interruptor de Flujo:

Cuando es necesario detectar un flujo de gases o líquidos a través de una tubería,se utiliza un interruptor de flujo, también llamado de caudal. El flujo esaprovechado para impulsar mecánicamente una paleta del interruptor, acoplada a

unos contactos que convierten la acción mecánica a una señal eléctrica.

Figura 7 “ Interruptores de fluj o”


15/55



Interruptor de velocidad cero:

Se utilizan para el frenado de los motores, se colocan en las flechas de losmotores o en algún punto de la transmisión. Cuando el motor está girando secierran los contactos, por lo general se usa uno para cada sentido de giro y

permanecen abiertos a velocidad cero.

Figura 8 “ Interruptores de velocidad cero”

Interruptor de pedal:

Como su nombre lo indica es un dispositivo que es accionado por el operador deuna máquina, que por razones de operación tiene ocupadas las dos manos y tienela necesidad de operar la maquina a un pie. Se utiliza en máquinas troqueladoras,devanadoras, etc.

Figura 9 “ Interruptores de pedal ”


16/55



Interruptor Térmico:

Son utilizados para que emitan señales eléctricas a través de sus contactos,detectando los cambios de temperatura y trabajan por medio de una láminabimetálica. Generalmente se les conoce con el nombre de termostatos.

Figura 10 “ Interruptores térmi cos”

Foto celda:

Dispositivo que convierte la energía luminosa a energía eléctrica, gracias a las

propiedades de algunos metales alcalinos (Cesio, Selenio y Potasio) que emiten oliberan electrones al ser incididos por un rayo de luz. Se utilizan con la ayuda deun relevador o un circuito electrónico como interruptor, de acuerdo a lasnecesidades del sistema.

Figura 11 “F oto-cel das”


17/55



CONTACTORES

Se llama contactor al dispositivo empleado para conexión repetida de circuitoseléctricos de fuerza. Su operación puede ser manual o magnética.

Un contactor generalmente está constituido por un conjunto de contactos fijos,sujetos al cuerpo del contactor donde la mayoría de los casos se encuentra unacámara de arqueo. También consta de contactos móviles que se desplazanmanualmente o magnéticamente, dependiendo del tipo del que se trate. En losarrancadores manuales el medio de operación es un conjunto de varillas ypalancas operadas manualmente, en los magnéticos actúan gracias a una bobinaque forma un electroimán que atrae una armadura conectada mecánicamente alos contactos móviles. Estos últimos son de gran interés por el uso que se les daen los controles automáticos.

Contactos:

En un contactor la parte más importante son los contactos, ya que se busca unabuena conductividad, alta resistencia mecánica y que el desgaste por el arco seael menos posible, por lo tanto se fabrica de aleaciones siendo la más usada plata-níquel. Para efectos de mantenimiento los contactos no se deben limpiar auncuando se noten negros, puesto que el óxido de plata es un buen conductor, loúnico es que se podrán limpiar con solventes.

Contactor Manual:

Un contactor manual es un controlador de motores cuyo mecanismo de contactoses operado por un entrelace mecánico desde una palanca articuladamanualmente.

Contactor Mecánico:

Un alto porcentaje de aplicaciones requieren que el controlador tenga suficientecapacidad de operación desde localizaciones apartadas o que tengan unaoperación automática en señales que le llegan de algún dispositivo de mando. Loscontactores manuales no pueden proporcionar este tipo de control yconsecuentemente se usan los contactores magnéticos. El principio de operaciónque distingue un contactor magnético de uno manual, es el uso de un circuitoelectromagnético y este consiste en una bobina de alambre devanada en unnúcleo de hierro.


18/55



2

Cuando la corriente se envía a través de la bobina se produce un fuerte campomagnético que atrae un trozo de hierro, llamado armadura, el electroimán puedecompararse a un magneto o imán permanente. El campo del imán permanente, sinembargo mantendrá a la armadura contra las superficies o caras del imán enforma indefinida, por lo que la armadura no podrá caerse o separarse a menos

que físicamente se le empuje. En el electroimán al interrumpirse el flujo decorriente a través de la bobina, la armadura no se desprenderá por la acción delcampo magnético en forma inmediata, pero gracias a la presencia de un espaciode aire en el circuito magnético llamado entrehierro, la armadura caeráinmediatamente.

Entrehierro:

Parte de un circuito magnético en el cual el flujo magnético circula fuera del hierro.

IMÁN O IMÁN PERMANENTE ELECTROIMÁN Y ARMADURAY UNA BARRA DR HIEERO

Bobina Auxiliar de Sombra:

Esta bobina consiste en una vuelta de material conductor (generalmente cobre oaluminio) montado en la cara o en la superficie del magneto. El flujo magnéticoprincipal induce una corriente en la bobina auxiliar de sombra y esta corrienteestablece un flujo magnético auxiliar que queda fuera de fase de flujo principal.Este flujo mantiene a la armadura sellada cuando el flujo principal vale cero (queocurre 120 veces por segundo, con una corriente alterna de 60 ciclos/segundos).Sin esta bobina la armadura tendería a separarse cada vez que el flujo principalpasara por cero, esto daría por resultado un ruido excesivo.

1. Magneto2. Entrehierro3. Armadura4. Bobina 5. Bobinas Auxiliares de Sombra


19/55



2

Construcción del contactor:

En la construcción del contactor magnético la armadura está conectadamecánicamente, a un juego de contactos para que la armadura se mueve a suposición de sellada y los contactos cierren.

1. Contactos Fijos2. Contactos Móviles3. Resortes de Presentación4. Barras de Montaje Aislado5. Magneto6. Bobina7. Terminales de Bobina8. Bobinas de Sombra9. Armadura10. Brazo11. Entrehierro


20/55



Funcionamiento del Contactor:

Al aplicarle una corriente entre las terminales de la bobina (7), el campomagnético producido por el magneto (5) atraerá la armadura (9) provocando que elbrazo (10) se desplace, moviendo la barra de montaje (4) que a su vez empuja los

contactos móviles (2) cerrando el circuito con contactos fijos (1).

La alimentación se conecta en las letras “L” y los motores en las letras “T”. Losresortes de presión tienen dos funciones, cuando los contactos permanecencerrados proporcionan la tensión suficiente entre ellos y cuando por la bobina dejade circular corriente ayudan al entrehierro para que la armadura se aleje delmagneto inmediatamente, abriendo el circuito.


21/55



RELEVADORES

Relevador de control o Relevador Instantáneo:

Un relevador es un dispositivo cuyos contactos se usan en los circuitos de controlde los sistemas de control. Los relevadores se usan generalmente para amplificarla capacidad de corriente de los contactos o multiplicar las funciones de apertura ycierre.

A continuación tenemos de lo que se puede lograr con estos dispositivos:

Ejemplo #1: Para poder conectar un elemento de mando, el cual tiene unacapacidad en amperes mucho más pequeña que la capacidad de la bobina delarrancador

Ejemplo #2: En el caso de que el elemento de mando trabaje con una tensiónmenor que la bobina del arrancador


22/55



Ejemplo #3: Cuando en el circuito de control se desea colocar algunosdispositivos extras, tales como lámpara piloto, algún otro contactor, un relevadorde tiempo, etc.

Relevador de tiempo:

Un relevador de tiempo es similar a un relevador de control, excepto que loscontactos son diseñados para operar en intervalos de tiempo después de que sehaya energizado o desenergizado la bobina. A estos relevadores se les conocecomo neumáticos, ya que la dilatación se lleva a cabo por la transferencia de airea través de un orificio. La cantidad de aire es controlada por una válvula de aguja

ajustable, permitiendo los cambios que deben hacerse en el per iodo de tiempoadecuado.

También existen dos tipos de relevadores más: de estado sólido y de motorsíncrono. Los de estado sólido trabajan en base a circuitos electrónicos dando asílos tiempos requeridos para el buen funcionamiento del control.

Los de motor síncrono operan como si fueran reloj y su ventaja en relación con losanteriores es que puede dar tiempos muy grandes.

NOTA: En algunas marcas se puede llegar a encontrar que un relevador de

tiempo contenga contactos de operación inmediata, como si se tratara de unrelevador de controlador.


23/55



Figura 12 “ Relevadores de tiem po”


24/55



ELEMENTOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGA.

Antes de introducir nos con los elementos de protección de sobrecarga seránecesario conocer las definiciones de sobrecarga y sobre-corriente.

Sobrecarga: Condición de operación de un motor en la que se demanda una corriente enexceso de la nominal, o de un conductor por el cual circula una corriente mayor desu valor permisible, cuando dicha condición persiste durante suficiente tiempopara causar daño o sobrecalentamientos perjudiciales. Una sobrecarga no incluyecondiciones de corto circuito o fallas a tierra. Las sobrecargas pueden sercausadas en su origen por fallas mecánicas o eléctricas. Eléctricas; Cuando elmotor trabaja con una tensión menor o mayor o en caso de un motor trifásico conla falta de una fase. Mecánica; Cuando el motor trabaja a rotor bloqueado.

Sobre-corriente:

Cualquier valor de corriente nominal de un equipo, o la corriente permisible en unconductor, según sea el caso. Puede resultar de una sobrecarga, de un cortocircuito o de una falla a tierra.

De acuerdo a lo anterior podemos resumir que una sobrecarga se diferencia deuna sobre-corriente de acuerdo a lo siguiente: En la sobrecarga el exceso decorriente es un porcentaje pequeño, lo que permite que esta condición puedaperdurar un largo tiempo y en la sobre-corriente el porcentaje de corriente es muy

elevado (de acuerdo a la fuente) y esta condición en relación al tiempo, tendrá queser reducido. Se dice que una sobrecarga puede perdurar un tiempo largo puestoque al ser una corriente pequeña la temperatura del elemento se elevapaulatinamente, junto con la corriente hasta el punto en que la sobrecarga puedaproducir una sobre-corriente.

Protección contra sobre-corriente:

Los dispositivos protectores usados para detectar y liberar las sobre-corrientes sonlos elementos termo-magnéticos y los fusibles (estos últimos generalmente vanalojados en dispositivos desconcertadores llamados interruptores de navajas). Lafunción del dispositivo protector de sobre-corriente es la de proteger a losconductores alimentadores, a los circuitos derivados del motor, a los dispositivosde control y al motor.


25/55



Figura 13 “Pr otecciones contra sobre-corrient e”

Protección contra sobrecargas:

El motor eléctrico carece de inteligencia que le permita discernir cuando estádesarrollando un trabajo que excede los límites de seguridad. Consecuentementeentrega todo el trabajo que le es requerido, excediéndose en tal grado que acabapor quemarse.

Para evitar esto se requiere un dispositivo que supla la falta de inteligencia delmotor y que impida que este se llegue a quemar. Este dispositivo conocido comorelevador de sobrecarga en cierta forma es un seguro de vida, tal vez nunca senecesite, pero no se puede correr el riesgo de no contar con él. Deberá tener lasuficiente precisión para limitar la potencia entregada por el motor, lo que permitirá

medir con precisión la carga aplicada al motor y el calentamiento en el producido,es la corriente. Por ello el dispositivo de protección de sobrecarga formageneralmente parte integral del arrancador. El relevador de sobrecarga formageneralmente parte integral del arrancador. El relevador de sobrecarga conduce lacorriente del motor (se conecta en serie con el motor) y se “dispara” cuando sepresenta una situación peligrosa, desconectando el motor de la línea.

Los primeros diseños de relevadores de sobrecarga, medían la corriente del motorpor medio de la atracción magnética ejercida por una bobina que conducía dichacorriente. A estos primitivos diseños se les agregaron dispositivos de retardo; pero

aun así no se pudo obtener mediante el efecto magnético, una medición eficaz delmotor.

La protección de sobrecarga generalmente usada hoy en día para prácticamentetodos los motores de C.A. y para la mayoría de C.D. es del tipo térmico y formaparte integral del control o arrancador. El problema es prevenir el daño al motordebido al sobrecalentamiento. Así pues es necesario medir el efecto térmico


26/55



acumulativo de la corriente que circula por el motor. Casi todo medio concebiblede registro ha sido usado en los relevadores térmicos; pero solo dos quedan enuso actualmente. Uno es el bimetal que al deflexionarse por el calentamientoproduce el movimiento mecánico del disparo. El otro es el que aprovecha la fusiónde una película de aleación eutéctica para producir dicho movimiento.

Relevador térmico de aleación fusible:

En estos relevadores de sobrecarga (también conocidos como relevadores decrisol de soldadura) la corriente del motor circula por un pequeño devanadocalefactor, que bajo condiciones de sobrecarga, el calor cause una soldaduraespecial se funda, permitiendo que una rueda de trinquete gire librementeabriendo unos contactos normalmente cerrados. Cuando esto sucede se dice queel relevador ha sido “disparado”. Estos relevadores de sobrecarga se restablecenmanualmente, así que después de dispararse deben ser restablecidos por una

acción manual.

Figura 14 “ Relevadores térmicos”

Características de disparo del relevador térmico de sobrecarga

Los relevadores de sobrecarga de aleación fusible y los bimetálicos estándiseñados para aproximarse al calor generado en el motor. Así cuando la

temperatura del motor aumenta, también aumenta la de la unidad térmica. Lascurvas de calentamiento del motor y el relevador muestran esta relación (vergrafica). De esta gráfica se deduce que no importa cuán elevada sea la corrienteque demanda el motor, el relevador de sobrecarga proporcionará protección,aunque el relevador no dispare innecesariamente. El relevador de sobrecargasiempre disparará dentro de un valor de seguridad.


27/55



Figura 16 “ Curva de calentamiento del motor vs curva de calentamiento de launidad térmica”

( Curva de tiempo inverso )

Relevador de Sobrecarga del tipo aleación fusible:

Los elementos térmicos o elementos calefactores se fabrican para distintascapacidades y cada uno tiene un porciento fijo de aumento en capacidad sobre elanterior. La capacidad de estos elementos deberá ser del 125% o en su defecto el140% como máximo de la corriente a carga plena del motor según las N.I.T.E. yque el número de elementos será para circuitos de C.A. monofásicos y de C.D.solamente y para circuitos trifásicos en C.A. dos, pero en la práctica esrecomendable utilizar tres, en motores de más de 10 H.P.

Figura 17 “ Relevador de sobrecarga”


28/55



El dibujo muestra la operación

del relevador térmico de

sobrecarga de aleación fusible.

Conforme el calor funde la

aleación, la rueda de trinquete

gira libremente - Los resortes

empujan para que los contactos se abran.

Figura 15 “ Operación del relevador térmico de sobrecarga”

Relevadores de sobrecarga bimetálicos:

Estos relevadores emplean una tira bimetálica, asociada con un elementocalefactor en forma de “U”. Cuando ocurre una sobrecarga, el calor producido enel elemento calefactor hará que la lámina bimetálica se desvíe y los contactosnormalmente abiertos se abran. Estos relevadores se restablecen de formamanual.

Relevadores magnéticos de Sobrecarga:

El relevador magnético de sobrecarga contiene una bobina con alambre detamaño suficientemente grueso para permitir el paso de la corriente del motor,cuando circula la corriente a plena carga del motor el campo magnético producidono es lo suficientemente grande como para abrir los contactos, al producirse unasobrecarga el aumento de corriente provoca un aumento del campo magnético,produciendo una apertura en los contactos.

Los relevadores de sobrecarga son de tiempo inverso, ya que a una mayorintensidad de corriente de sobrecarga origina un menor tiempo de disparo, estonos da el margen suficiente para que cuando el motor arranque el relevador noesté disparando por la corriente de arranque.


29/55



DIAGRAMAS

Si para realizar el alambrado de algún equipo eléctrico fuera necesario, escribir lasinstrucciones sin usar diagramas, o estos tuvieran que mostrar cada parte delequipo tal como se ve realmente, el tiempo y el trabajo utilizados en la instalación

del equipo serían muy costosos. De aquí se emplean símbolos que en conjuntoforman los diagramas, que son el lenguaje escrito de los circuitos eléctricos.

Los diagramas eléctricos pueden ser divididos en tres tipos diferentes, que son:Diagrama Elemental o Lineal, Diagrama de Conexiones o Alambrado y Diagramade Haces o Unifilar.

De los tres tipos de diagramas el más usado es el diagrama elemental en sus dossistemas ya sea Americano o Europeo, con la diferencia que en el circuito decontrol en el sistema Americano las líneas se representan horizontalmente y en elsistema Europeo verticalmente.

Diagrama elemental o lineal:

En este diagrama se muestran todos sus componentes en la forma sencilla, losdispositivos no se muestran en sus verdaderas posiciones relativas. Todos losdispositivos se muestran entre que representan el origen de la corriente eléctrica.Todas las conexiones se hacen de tal manera que se puede seguir fácilmente laoperación de los diferentes dispositivos conectados al circuito. Este tipo dediagrama, requiere mucho menor tiempo en su trazado, además permite entenderla operación del circuito más fácilmente y detectar fallas.

Este diagrama se desarrolla en dos partes, una llamada Circuito de Control y otroCircuito de Fuerza. El circuito de control indica las operaciones secuenciales quese realizan para controlar el sistema. El circuito de fuerza muestra los circuitos quealimentan al motor, incluyendo las protecciones.

CIRCUITO DE CONTROL


30/55



CIRCUITO DE FUERZA

DIAGRMA EEMENTAL DE UN MOTOR TRIFASICO CONTROLADO POR UN

ARRANCADOR MAGNETICO A TENSION PLENA. SISTEMA AMERICANO.

DESCRIPCION DE LAS NOMENCLATURAS

CIRCUITO DE FUERZA

L1, L2 y L3: Alimentación Trifásica

B: Contactos del circuito de fuerza de N.A.

SC: Elemento térmico del relevador de sobrecarga

CIRCUITO DE CONTROL:

L1 Y L2 : Alimentación Bifásica

P: Botón de paro

A: Botón de arranque

B: Bobina del arrancador

SC´S: Contactos normalmente cerrados del relevador de sobrecarga


31/55



Diagrama de conexiones o alambrado:

En este tipo de diagrama los símbolos se colocan en la misma posición en que loselementos se encuentran físicamente. Su ventaja en relación al anterior es que laidentificación de las partes del circuito es sencilla, su desventaja consiste en

que la posición de los dispositivos el cableado o las líneas del diagrama seconfunden, complicando su lectura.


32/55

32

“Sistemas de cont rol” segundo departamental

Elaboró: M.C. Karla Unna

INVERSIÓN DE ROTACIÓN

Los arrancadores se construyen en muchas ocasiones para operacionesreversibles, tal y como sucede con los controles de elevadores, montacargas ygrúas. En los motores polifásicos de inducción usados para los trabajos

mencionados, basta intercambiar dos de las líneas o fases de alimentación delmotor para que éste gire en sentido contrario.

Para realizar operaciones de inversión de giro, es muy frecuente el empleo decombinadores de tipo tambor. Estos dispositivos en una posición, conectan elmotor de tal manera que gire en un sentido y al cambiar de estado cambian lasterminales del motor, haciendo que éste gire en sentido contrario.

a) b)

Figura 1 Inversión de giro de manera manual de un mot or 3∅ (a) y 1∅ (b) por medio de un interruptor de tipo t ambor .

En el siguiente diagrama elemental se muestra la conexión de un arrancador magnéticode operación reversible. Las líneas punteadas que unen las bobinas de los contactores“R” y “L”, indican una interconexión mecánica entre éstas, de tal manera que cuando estéenergizada una de las bobinas, la otra no puede enclavarse aunque se haya energizado.Con esto se evita un corto circuito si se cerraran simultáneamente los contactos de “R” y“L”. Usualmente esta interconexión o bloqueo mecánico, va acompañado de un bloqueoeléctrico. En el circuito que se trata, este bloqueo está representado por los contactos

normalmente cerrados de “L” y “R”, en serie con las bobinas “R” y “L” respectivamente,evitando que cuando una de las bobinas se halle energizada, la otra pueda hacerlo.


33/55

33



Existe un montaje en donde el bloqueo eléctrico puede realizarse con una interconexiónde botones, como se muestra en la siguiente figura. Nótese que al pulsar un botón, el dearranque o el de paro, se desconecta el circuito de alimentación de la bobina que no sedesea energizar.

a) b)Figura 2 Interconexión de botones en un arrancador magnético reversible para motor 3∅.

a) Circuito de fuerza; b) Circuito de control.

a) b) Figura 3 Interconexión de botones en un arrancador magnético reversible para motor 1∅.

a) Circuito de fuerza; b) Circuito de control.

La ventaja en utilizar controladores magnéticos, está en que se pueden mandar porpulsadores o bien mediante aparatos como: Interruptores de flotador, de límite,termostatos, etc. que permiten operaciones completamente automáticas.

Como se ha mencionado, la protección contra sobrecarga de estos controladores, selogra instalando un relevador para tal fin, con sus contactos en serie con las bobinas de

los contactores, para que en el caso de que se presente una sobrecarga se desconecte elmotor.

Para la protección contra cortocircuitos, se deben instalar siempre delante del arrancador,fusibles o interruptores de protección adecuados.


34/55

34



EJERCICIOS Y APLICACIONES

Para poder ejecutar un proyecto de control será necesario determinar lossiguientes aspectos:

I.- ¿Qué sistema vamos a controlar? Está pregunta se puede dividir de lasiguiente manera:

A) ¿Qué máquina se va a gobernar?B) ¿Qué características tienen los motores?

a) Corriente Alterna o Corriente Continuab) Trifásico o Monofásico.c) Tensión de operación.d) Corriente a plena carga.e) Potencia en H.P.

C) ¿Qué funciones se desea que realice el motor?

a) Arranque, Marcha y Paro.1) A intervalos de tiempo.2) Marcha constante.3) Marcha a impulsos.4) Semiautomático, en respuesta a una señal del operador.

(Botones pulsadores).5) Automático, en respuesta a un cambio de temperatura, a un

flujo, a una presión, etc.6) Para suplir a otro motor.

b) Inversión de rotación.

c) Control de velocidad.d) Protección, cuál es la más adecuada para el motor.

II.- Una vez determinadas las características del sistema, realizar los proyectos,procurando siempre que sea posible, reducir al máximo los circuitos para que elproblema se realice con el menor número de elementos. Esto es con el fin dereducir el costo, pero sin olvidar que la seguridad sale cara, para ésto esdeterminante consultar los catálogos de los fabricantes, para conocer el equipoque cada uno de ellos fabrica.

NOTA: No todos los problemas que se presentan son funcionales, pero son muy

parecidos a la realidad. Procura resolverlos sin tomar en cuenta, por principio, el

número de elementos, realiza un proyecto que funcione y a partir de este redúcelo

al máximo.


35/55

35

“Sistemas de cont rol” Tercer departamental


PROBLEMAS

PROBLEMA 1.- Se tienen dos estaciones de botones y se requiere controlar elarranque y paro de un motor 3∅ desde cualquiera de las estaciones. Dibujar el circuitode control y circuito de fuerza en sistema americano.

PROBLEMA 2.- Se tienen dos motores que deben arrancar de manera instantáneamediante un botón de arranque y se apagará mediante un botón de paro general.

Si falla el motor 1, se detendrá motor 1. Si falla el motor 2, se detendrá motor 2.

M1= 3∅

M2= 1∅

Realizar el diagrama elemental de control y de fuerza en sistema americano.

(Realizar el mismo circuito, solo que esta vez si falla cualquier motor, ambos de

detendrán).

PROBLEMA 3.- Se tiene un motor 1∅ que debe arrancar si existe baja temperatura obaja presión.

PROBLEMA 4.- Se requiere controlar dos motores de acuerdo a:

M1 arrancará pulsando botón de arranque.

M2 arrancará si existe bajo nivel de líquido o baja temperatura, siempre ycuando exista baja presión.

En caso de falla de cualquier motor, se detendrá todo el sistema. Ambos motores son3∅.

PROBLEMA 5.- Se requiere controlar dos motores 3∅ de acuerdo a lo siguiente:

M1 arrancará cuando existe bajo nivel de líquido o baja temperatura

M2 arrancará pulsando botón de arranque

En caso de falla de cualquier motor, se detendrá todo el sistema.

PROBLEMA 6.- Se requiere controlar dos motores 1∅ de acuerdo a lo siguiente:


M2 arrancará cuando exista baja presión y baja temperatura.

En caso de que falle un motor, se detendrá solamente el motor con falla.


36/55

36



PROBLEMA 7.- Se requiere controlar la secuencia de operación de tres motores 3∅ deacuerdo a lo siguiente:


M2 arrancará si existe baja presión o baja temperatura, siempre y cuando exista

alto nivel de líquido. M3 arrancará dos minutos después de que arrancó el motor 2.

En caso de que falle un motor, se detendrá solamente el motor con falla. Contará conseñalización de arranque y paro para cada motor.

PROBLEMA 8.- Se requiere controlar la secuencia de operación de cuatro motores deacuerdo a lo siguiente:


M2 arrancará 30 segundos después de que arrancó el motor 1.

M3 arrancará 3 minutos después de que arrancó el motor 2, al arrancar éste sedetendrá el motor 1.

M4 arrancará si existe baja presión o baja temperatura o bajo nivel de líquido.

El sistema contará con botón de paro para los motores 1, 2 y 3, en caso de que falle unmotor, se detendrá solamente el motor con falla. Contará con señalización de arranquey paro para cada motor.

PROBLEMA 9.- Se tiene una motobomba para un sistema residencial, con el objeto deelevar el agua de una cisterna (tanque bajo) a un tinaco (tanque alto). Se desea que su

operación sea automática. Motor monofásico, 125 volts, ½ H.P. y 2.5 ampers.

PROBLEMA 10.- Se tiene un motor trifásico de 220 volts, 5 H.P. Se requiere que elmotor trabaje en ambos sentidos de giro, deberá ser controlado con un arrancadormagnético, combinando en el bloqueo eléctrico y el bloqueo mecánico y deberácumplir con las siguientes condiciones:

a) Arranque en forma semiautomática.b) Realizar el diagrama elemental en sistema americano.

PROBLEMA 11.- Realizar la inversión de sentido de giro de un motor trifásico de la

siguiente forma:

a) El motor arranca en un sentido de giro al oprimir botón de arranque.

b) Invertirá su sentido de giro de manera automática 2 minutos después de que

arrancó, dando un tiempo de 30 segundos para que la flecha se detenga.

c) Colocar señalización de arranque, paro y falla del motor.


37/55

37



PROBLEMA 12.- Se requiere controlar la secuencia de operación de 3 motores deacuerdo a lo siguiente:

a) M1 arranca al pulsar botón de arranque.

b) M2 arranca en caso de falla de M1 o si existe baja temperatura.

c) M3 arranca después de 3 minutos que arrancó M2 e invertirá su sentido de giro

de manera automática 5 minutos después de que arrancó, dando un tiempo de

30 segundos para que la flecha se detenga.

d) Al momento de que invierta su sentido de giro M3, se detendrá M1.

e) En caso de falla de cualquier motor, se detendrá solo el motor con falla.

f) Se contará con señalización de arranque y paro para cada motor.

g) M1 y M3 son motores monofásicos de ½ HP

h) M2 es un motor trifásico de 3 HP.

PROBLEMA 13.- Se requiere controlar la secuencia de operación de 3 motores deacuerdo a lo siguiente.

M1 arranca si existe baja temperatura o presión, siempre y cuando exista altonivel de líquido y exista flujo en la tubería.

M2 arranca 20 segundos después de M1

M3 arranca en caso de falla de M2 y al arrancar éste, se detendrá M1

Cada motor cuenta con señalización de arranque (lámpara verde), paro (lámpara roja).

PROBLEMA 14.- Tenemos una máquina con tres motores: A, B y C. Los tres motorestienen las mismas características 220 volts, 5 H.P. Se requiere que ejecuten lassiguientes operaciones en forma semiautomática.

a) Los motores A y B arrancarán al pulsar el botón de arranque.b) El motor C arrancará en caso de falla de A o B.c) Si el motor B es el que falla, el motor C trabajará solamente 30 segundos.d) Se colocarán lámparas piloto para indicar qué motor está trabajando.

Motor A= Verde, Motor B= Azul, Motor C= Ámbar.

e) Si el motor C falla no trabajará nada del sistema.f) Hacer el diagrama elemental en sistema Americano.

PROBLEMA 15.- Se tiene una grúa viajera con tres movimientos diferentes:Longitudinal, Transversal y Vertical. Cada uno de los movimientos será proporcionadopor un motor “L”, “T” y “V”. La marcha será a pulsos y cada uno de los movimientosestará limitado en sus extremos. Los movimientos estarán limitados de la siguiente


38/55

38



manera:

a) El movimiento longitudinal y el transversal podrán ser al mismo tiempo.b) Mientras se esté moviendo longitudinalmente y transversalmente no se podrá

ejecutar el movimiento vertical.

c) Cuando se realice el movimiento vertical no podrá ejecutarse ningún otromovimiento.d) Los movimientos serán de acuerdo al siguiente dibujo.

PROBLEMA 16.- Se tienen tres bandas transportadoras en diferente posición cadauna, con el objetivo de que la banda No. 1 descargue en la banda No. 2 y a su vez labanda 2 descargue en la banda No. 3. Las condiciones que debe cumplir el circuito delos motores B1, B2 y B3 son:

a) Con un botón de arranque se ponen en marcha los tres motores en el siguienteorden: Primero B3, segundo B2, y tercero B1.

b) Si falla uno de los tres, los demás no trabajarán.c) Con un solo botón de paro, los motores se detendrán con el siguiente orden:

Primero B1, después B2 y al final B3. Para que no se quede material en ningunade las bandas el tiempo de paro entre cada una de ella será de 60 segundos.

PROBLEMA 17.- Se tienen tres motores M1, M2 y M3, con las siguientescaracterísticas M1= 220 volts, 5 H.P. M2= 220 volts, 5 H.P. y M3= 220 volts, 15 H.P.M1 y M2 serán arrancados a tensión plena y M3 a tensión reducida con un arrancadordel tipo Estrella-Delta. Arranque en forma semiautomática, con la siguiente secuencia


39/55

39



de operación:

a) Al pulsar el botón de arranque, se conecta a la línea M1, trabajandoexclusivamente por 15 segundos.

b) Cuando M1 pare, M2 operará.

c) Después de 30 segundos de operar M2, M3 operará dejando de operar M2. M3trabajará hasta que sea pulsado el botón de paro.d) Hacer el diagrama elemental en sistema americano.

PROBLEMA 18.- Se tienen 4 motores: M1, M2, M3 y M4, los cuales deberán operarbajo las siguientes condiciones.

a) M1 operará cuando la temperatura (Del horno) se eleve a 300° C y para cuandoésta desciende a 250° C.

b) M2 arrancará al mismo tiempo que M1 pero se detendrá 60 segundos despuésque deje de operar M1 en caso de falla del mismo.

c) En caso de falla de M1 operará M3 y trabajará con las mismas condiciones queel inciso b.

d) M4 operará una bomba y trabajará cuando operen M1 o M3, con la condiciónque en el depósito exista un nivel de agua aceptable.

e) Si M3 falla, todo el sistema permanecerá abierto.f) Hacer el diagrama elemental de fuerza y de control en sistema americano.

Nota: M1 es un motor de 15 H.P. por lo que será operado a tensión reducida con unarrancador del tipo Devanado dividido.


40/55

40



ARRANQUES A TENSIÓN REDUCIDA (ATR)

CONTROL DE ARRANQUE DE LOS MOTORES JAULA DE ARDILLA

Los motores en jaula de ardilla son máquinas con una impedancia en su devanadoestatórico, que permite su conexión directa a la red, sin el peligro de destruir susdevanados. Sin embargo, la corriente demandada si bien no perjudica al motor, siocasiona perturbaciones en la red de alimentación, tanto por su intensidad comopor el bajo factor de potencia con que es absorbida; Sobre todo en máquinas concapacidades de 10 HP y mayores.

Esta situación y el hecho que el par pueda tener efectos no deseados en la cargaaccionada, trae como consecuencia, el empleo de métodos de arranque, en loscuales la conexión del motor ya no se hace de manera directa a la red, sino através de resistencias, reactancias, autotransformadores, etc. que constituyen losmétodos de arranque a tensión reducida.

ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA

Esta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes razones:Se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor, o bien,acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par.

Existen varias formas o métodos para lograr el arranque a tensión reducida. Entrelos principales se tienen:

a) Resistencias Primarias

b) Estrella-Deltac) Devanado divididod) Autotransformadore) Resistencias Secundarias

En cualquiera de los métodos de arranque a tensión reducida, la corriente en laspuntas del motor, se reduce en proporción directa con la reducción de la tensión,en tanto que el par lo hace con el cuadrado de esa tensión. De esta manera:


41/55

“ Sistemas de control” Tercer departamental


Tipo de

Características en % de los valores a

Tensión plena

TABLA COMPARATIVA

Ventajas Desventajas Arrancador Tensión del Corriente de Par de

motor Línea arranque

1.- Proporciona mayor par por ampere de corriente 1.- En potencias de bajo caballaje su aplicación de línea. es más cara.

Autotransformador 80 64 64 2.- Las derivaciones en el autotransformador per- 2.- Bajo factor de potencia.

clase (8606) 65 42 42 miten ajustes en el arranque. 50 25 25 3.- Conveniente para períodos largos de arranque.

4.- Arranque con transición cerrada. 5.- Durante el arranque, la corriente del motor esmayor que la corriente de línea.1.- Aceleración suave la tensión del motor se 1.- Eficiencia del para baja.incrementa con la velocidad. 2.- La resistencia libera calor.

Resistencias 2.- Alto factor de potencia durante el arranque. 3.- Arranques en exceso de 5 segundos requierenPrimarias 70 70 49 3.- Arranque con transición cerrada. resistencias muy costosas.

clase (8547 ó 8549) 4.- En potencia de bajo caballaje su aplicación es 4.- El ajuste de la tensión de arranque es difícilmenos cara que con autotransformador. para llenar condiciones variables.5.- Posibilidad de hasta 7 puntos de aceleración. 1.- Es el más económico de los 4 enlistados. 1.- Noconveniente para cargas con alta inercia,

Devanado Dividido 100 65 48 2.- Arranque con transición cerrada. que requieran arranques muy prolongados. clase (8640) 3.- La mayoría de los motores con tensión dual 2.- Requieren un diseño especial del motor para

pueden ser arrancados con devanado dividido tensiones mayores que 230 volts.en el menor de las dos tensiones. 1.- Costo moderado menor que el de resistencia 1.- Requiere diseño especial del motor.

Estrella-Delta 100 33 1/3 33 1/3 primaria o autotransformador. 2.- Par de arranque bajo.clase (8630) 2.- Conveniente para cargas con alta inercia que

requieren arranques muy prolongados.3.- Eficiencia del par alta.


42/55

“ Sistemas de control” Tercer departamental


Característica necesaria

TABLA DE SELECCIÓN

Tipo de Arrancador a usar

(Listado en orden de recomendación) Comentarios

Mínima corriente delínea

Aceleración suave

Alto par de arranque

Conveniencia por largaaceleración

Conveniencia porfrecuentes arranques

Para fáciles cargas dearranque

Bajo costo

1.- Autotransformador2.- Estrella-Delta

3.- Devanado dividido4.- Resistencia primaria

1.- Resistencia primaria2.- Estrella-Delta

3.- Autotransformador4.- Devanado dividido1.- Autotransformador

2.- Resistencia primaria3.- Devanado dividido1.- Autotransformador

2.- Estrella-Delta3.- Resistencia primaria1.- Resistencia primaria2.- Autotransformador

3.- Estrella-Delta

1.- Devanado dividido2.- Estrella-Delta

3.- Resistencia primaria4.- Autotransformador1.- Devanado dividido

2.- Estrella-Delta3.- Autotransformador

4.- Resistencia primaria

(Clase 8606)(Clase 8630)(Clase 8640)(Clase 8547)

(Clase 8547)(Clase 8630)(Clase 8606)(Clase 8640)(Clase 8606)(Clase 8547)(Clase 8640)(Clase 8606)(Clase 8630)(Clase 8547)(Clase 8547)(Clase 8606)(Clase 8630)

(Clase 8640)(Clase 8630)(Clase 8547)(Clase 8606)(Clase 8640)(Clase 8630)(Clase 8606)(Clase 8547)

Alternativas similares entre 1 y 2 ó 3 y 4.

El motor de devanado dividido no es capaz deacelerar al 100% la carga hasta que el segundo

devanado sea desconectado.Para esta clasificación al arrancador de resistencia

primaria debe ser provisto con una resistenciaadecuada para uso en larga aceleración.

En general el motor de devanado dividido esinadecuado para arranques frecuentes.

Enlistado en orden del precio del arrancador en C P.


43/55



A) ARRANQUE CON RESISTENCIAS PRIMARIAS

En este método de arranque el motor se conecta a la línea, a través de un grupo obanco de resistencias, produciendo una caída de tensión en ellas.

Esta caída disminuye la tensión aplicada a las terminales del motor, reduciendo la

corriente y el par durante el arranque.

Una vez que el motor alcanza cierta velocidad (superior al 70% de la nominal), sedesconectan las resistencias, dejando el motor funcionando con la tensión plenade alimentación.

Se han desarrollado arrancadores con resistencias primarias, en donde solo bastapulsar un botón para arrancar el motor.

También es posible utilizar en éste modelo de arrancadores, elementos de mando

tales como: Interruptores de flotador, de presión, etc. que podrían iniciarautomáticamente la operación; Claro está, dependiendo de las condiciones delsistema a controlar.

Por ejemplo, una determinada presión de aire en una tubería o un nivel de aceiteen un tanque.

Las figuras 1 y 2.A muestran un arrancador de este tipo, el cual por el tipo decomponentes que utiliza, se le denomina arrancador magnético oelectromagnético.

Figura 1.- Arrancador magnético atensión reducida con resistencias, paramotores trifásicos jaula de ardilla.


44/55



Figura 2.A- Diagrama elemental de un arrancador magnético a tensiónreducida con resistencias primarias, para un motor trifásico jaula de ardilla

(Catálogo).

Cuando se oprime el botón de arranque se establece continuidad en la línea quecontiene el botón de paro, el botón de arranque, la bobina del contactor M y loscontactos del relevador de sobrecarga. La bobina RT se energiza, cerrando loscontactos instantáneos RT, así como el contacto RT de enclave, en el circuito decontrol; Así el motor se conecta a la línea a través del banco de resistencias.

En el momento en que la bobina RT se energiza, también lo hace la bobina M. Labobina RT, en un tiempo “t” cierra el contacto RT, permitiendo la conexión de labobina del contactor A, el cual cierra sus contactos A en el circuito de fuerzapuenteando las resistencias, con lo que el motor queda conectado a la tensiónplena de la línea.

El paro se realiza pulsando el botón para tal, que interrumpe el circuito queenergiza la bobina del contactor RT, provocando la apertura de los contactos M y

A del circuito de fuerza.

En el caso de una sobrecarga, la apertura de los contactos del relevador en seriecon la bobina RT, origina la desconexión del motor. Para arrancar después de una

sobrecarga hay que oprimir el botón de restablecer, que mecánicamente cierra loscontactos SC y luego pulsa el botón de arranque

Frecuentemente se identifican los arrancadores magnéticos como automáticos,denominación adecuada cuando se trabaja con dos hilos, porque en el de tres, yano es tan automática la operación, cuando se necesita la presencia de unoperador, para que al pulsar un botón la inicie.


45/55



Esta situación ha hecho que muchos autores denominen a éstos últimos comosemiautomáticos.

Este tipo de arrancadores pueden diseñarse, para más de un paso de resistenciasen la aceleración y para operaciones reversibles. Los contactores utilizados en el

controlador, son de capacidad acorde al motor a controlar. El relevador de tiempopuede ser de tipo neumático, de motor, o electrónico.

Como la corriente absorbida por el motor durante el arranque, el par quedatambién notablemente reducido, es por esto que los arrancadores a tensión plenacon resistencias primarias, no son convenientes para el arranque de cargas dealta inercia; Sin embargo, su construcción sencilla, su bajo costo inicial y algunasotras características, lo hacen adecuado para un gran número de aplicaciones.

Figura 2.B- Diagrama elemental de un arrancador magnético a tensión reducida conresistencias primarias, para un motor trifásico jaula de ardilla.


46/55



B) ARRANQUE ESTRELLA-DELTA

Este método de arranque consiste en conectar los devanados del motor en estrelladurante el arranque y luego pasarlos a conexión delta al terminar la aceleración(ver Figura 3.A).

Evidentemente este método es realizable, en motores que funcionan normalmentecon conexión delta.

Cuando el motor se conecta en estrella, la tensión en cada una de las fases será1/√3 del valor de la tensión de la línea, que se aplica a cada fase si se conectaraen delta. Por otro lado siendo la corriente de la línea en la conexión estrella 1/ √3 lacorriente de la línea en conexión delta, la corriente absorbida por el motor duranteel arranque en estrella, será 1/3 del valor que tomaría si se arrancara en delta.

El par de arranque también disminuye 1/3 de su valor en conexión delta, puestoque su reducción es proporcional al cuadrado de la tensión aplicada y siendo ésta1/√3, su cuadrado da el valor mencionado.

Figura 3.A.- Arrancador magnético a tensión reducida Estrella- Delta con transición abierta, para motor trifásico jaula de

ardilla. (Catalogo).


47/55



Figura 3.B.- Arrancador magnético a tensión reducida Estrella- Delta con transición abierta, para motor trifásico jaula de

ardilla.

El siguiente diagrama (Figura 4.) nos muestra un arrancador Estrella-Delta, endonde en el periodo de transición, se mantiene el motor conectado a la línea através de unas resistencias, que se desconectan al realizarse la transferencia.

En general el arrancador a tensión reducida Estrella-Delta, está prescrito cuandose exija que las intensidades en el arranque sean reducidas o un parespecialmente bajo para un arranque suave.

Figura 4.- Arrancador magnético a tensión reducida Estrella-Deltacon transición cerrada, para motor trifásico jaula de ardilla.


48/55



C) ARRANQUE CON DEVANADO DIVIDIDO O PARTIDO

Frecuentemente los motores trifásicos jaula de ardilla, son construidos para operara dos tensiones; Por ejemplo, 220 y 440 V. Esto se logra embobinando el estatoren dos secciones idénticas. Cuando estas secciones son dos estrellas, (figura 5) y

se conectan en paralelo durante la operación normal del motor, el arranque pordevanado partido puede ser empleado para limitar la corriente y el par dearranque.

Inicialmente se conecta a la alimentación una mitad del devanado estatórico yluego, cuando el motor marcha cerca de su velocidad de régimen, se conecta lasegunda mitad en paralelo con la sección ya excitada.

Generalmente se utiliza para motores conectados en estrella, pero puederealizarse en motores con conexión delta, siempre y cuando ninguna de las

terminales de la conexión se abra durante la operación.

Figura 5.- Conexión doble estrella de los devanadosestatóricos de un motor jaula de ardilla.

En el diagrama mostrado en la figura 6.A se puede observar la operaciónde un arrancador por devanado partido. Para arrancar basta pulsar el botónde arranque, que permite se energicen las bobinas del contactor S y del relevador

de tiempo a bobina energizada RT; al energizarse S cierra sus contactosconectando medio devanado del motor a la línea. Un tiempo después deenergizarse RT sus contactos operan, excitándose la bobina R del contactor queconecta al segundo devanado.


49/55



Figura 6.A.- Diagrama simplificado de un arrancador atensión reducida por devanado partido

(Catálogo).

Figura 6.B.- Diagrama simplificado de un arrancador atensión reducida por devanado partido.

En el arranque por devanado partido, se hace necesaria la protección contrasobrecarga en los dos devanados, ya que se encuentran en paralelo demandandocada uno de ellos la misma cantidad de corriente.

Los arrancadores de devanado partido de dos pasos, al igual que el arrancadorEstrella-Delta, no necesitan de medios externos para reducir las corrientes dearranque como resistencias y autotransformadores y en general utilizan menos

elementos, por lo que su tamaño y sus costos son reducidos. Sin embargo, tienenla desventaja de no poder realizar ajustes que se hacen en los otros tipos dearrancadores y que les permiten ser flexibles en su aplicación.


50/55



Figura 7.- Curvas típicas par-corriente contra velocidad, de motores Jaula de ardilla con los diferentes métodos de arranque.


51/55



D) AUTOTRANSFORMADOR

El arranque con autotransformador conocido como compensador, tiene losmismos propósitos que los arrancadores con resistencias y a pesar de ser máscostoso, posee ciertas cualidades que lo hacen preferido en la mayoría de las

aplicaciones.En los arrancadores con resistencias o reactancias, la disminución de la corrientees proporcional a la disminución de la tensión, mientras que el par disminuye conel cuadrado de ésta. Así, si en un arrancador se tiene una caída de tensión en losbancos limitadores de un 20%, la corriente absorbida por el motor durante elarranque, será el 80% de su valor si se arranca a tensión plena de red, en tantoque el par se reduce a un 64%.

Supóngase que el mismo motor se conecta a un autotransformador durante elarranque, como se muestra en el siguiente diagrama. Si la tensión en los bornesdel motor se reduce a un 80% de la de la red, la corriente absorbida por lamáquina disminuye en la misma proporción. Sin embargo, por la accióntransformadora, la corriente de la red que está dada por la siguiente relación:

Resulta ser el 64% de la corriente, que absorbería el motor si se conectaradirectamente a la línea.

Figura 8.- Conexión del motor durante el arranquecon un autotransformador.


52/55



Al 80% de la tensión nominal, el par durante el arranque se reduce a un 64%. Deesta manera, se puede observar que para el mismo par de arranque, el arrancadorcon autotransformador produce una reducción de la corriente de la línea, mayorque los arrancadores con resistencias o reactancias.

En el mercado se encuentran arrancadores manuales, semiautomáticos yautomáticos, estos últimos idénticos con excepción de la conexión al elemento demando: Tres hilos y dos hilos respectivamente. Los arrancadores semiautomáticosy automáticos, también se les conoce como magnéticos, porque casi todo elarrancador está constituido por dispositivos de éste tipo de control, sin embargo,en los arrancadores manuales también se pueden encontrar contactores yrelevadores.

Los rangos máximos a que se fabrican usualmente estos arrancadores, son de

125 HP a 220 volts y 250 HP a 440 volts.La figura 9 muestra el diagrama simplificado de un arrancador a tensión reducidacon autotransformador, conectado en delta abierta.

Cuando el elemento de mando es una estación de botones (pulsadores) laoperación de arranque se reduce al presionar el botón de arranque, normalmenteabierto. Al cerrar éste se excita la bobina del relevador RT, que cierra suscontactos instantáneos en el circuito de control, utilizando uno de ellos como elenclave al dejarse de pulsar el botón de arranque. Otro contacto instantáneo deRT permite que se energice la bobina del contactor 1S y la de la bobina 2S. Al

cerrarse los contactos de 1S y 2S, el motor se conecta a la línea a través delautotransformador. Un tiempo después de energizada la bobina 1S, los contactosde tiempo de RT actúan desconectando la bobina 1S y conectando la bobina R, lacual cerrando sus contactos conecta al motor a la tensión plena de la línea.


53/55



Figura 9.- Diagrama simplificado de un arrancador magnético a tensiónreducida 1S y R están bloqueados mecánicamente.

Se acostumbra utilizar enclavamientos mecánicos y eléctricos, para evitar que loscontactores R y 1S actúen al mismo tiempo. El enclavamiento mecánico se logracon un sistema de palancas y el eléctrico con contactos normalmente cerrados delcontactor que se va a energizar, en serie con la bobina que se desea mantenerdesexcitada.

Para parar basta pulsar el botón de paro, desenergizando al relevador de controlRT, que abre sus contactos interrumpiendo la operación. En caso de sobrecarga

ocurre una operación similar, ya que al abrirse los contactos SC se desexcita labobina RT. Hay que restablecer cerrando los contactos SC y nuevamente pulsar elbotón de arranque para iniciar la operación.

En el caso de utilizar dispositivos de mando como interruptores, flotadores, depresión, etc. la operación se puede realizar automáticamente, dependiendo de lavariable a controlar. En el caso de una sobrecarga, estando cerrados loselementos de mando, por requerirlo así la condición del sistema controlado, bastapulsar el botón de restablecimiento para iniciar la operación antes descrita.


54/55



E) RESISTENCIA SECUNDARIAS

a)

b)

Figura 14.- Diagrama elemental de un arrancador magnético a tensión reducida por resistencias secundarias. a) Circuito de fuerza; b) Circuito de control.


55/55

Bibliografía

Operación, control y protección de motores eléctricos. Horacio Buitrón. Libros técnicos, 2004.

Control de motores eléctricos. Walter Allerich. Diana, 2006. Controlde Motores Eléctricos. Prof. Eduardo Teja Zúñiga. IPN, 1992. Manual

de fabricante SQ. Square d. SQ, 2009.

Norma oficial Mexicana. IPN. SEP, 2005.

Documents

Libro Control Electromagnético