1.1 CONTACTORES Y ARRANCADORES.
CONTACTOR
Es un interruptor accionado electro-magnéticamente diseñado para abrir
y cerrar un circuito de potencia.
Básicamente están constituidos
por:
- Contactos
principales: Destinados
a abrir y cerrar el circuito de potencia.
- Contactos
auxiliares: Destinados a abrir y cerrar el circuito de mando, están acoplados mecánicamente a los contactos principales.
- Bobina: Produce una fuerza de atracción
al ser atravesado por una corriente
eléctrica. Su alimentación puede ser de 12, 24, 110 o 220 V.
- Armadura: Es
la parte móvil que se encarga de desplazar los contactos
principales y auxiliares
por la excitación de la bobina.
- Núcleo: Parte fija por la que se cierra el flujo magnético producido por la bobina.
- Resorte: Parte mecánica que devuelve a los contactos a su posición de reposo cuando haya desaparecido la excitación de la bobina.
Existen 2 tipos
de
contactores: de potencia y auxiliares.
Los contactores de potencia tienen generalmente
3 contactos principales y por
lo menos un contacto auxiliar y su
aplicación es
en
control de cargas de potencia.
Los contactores auxiliares tienen solamente contactos auxiliares y se utilizan principalmente para las
tareas de control y
regulación en los
circuitos de mando,
señalización y enclavamiento.
Los contactos principales
se identifican mediante
números de una sola cifra, mientras que los contactos
auxiliares se identifican mediante números de 2 cifras (la primer cifra es
de
posición y la segunda de función); Dicho esto, se puede identificar fácilmente los
2 tipos de contactores. La red se debe conectar a los bornes con número impar, el
consumidor a los bornes con número par.
La simbología para representar
los
elementos de un contactor
es la siguiente:
Cabe mencionar que se puede escribir un identificador
secundario a la derecha de “K”,
siendo “KM” si es de potencia ó “KA” si es
auxiliar.
ARRANCADOR
Regulador cuya función principal es la de poner en marcha y acelerar un motor.
Por
tanto, reduce la corriente de arranque del motor, la cual
es
mucho más
grande que la carga nominal, evitando daños a la instalación eléctrica y al mismo motor. Existen 2 tipos
de
arrancadores, manuales y automáticos.
Algunos manuales son:
- De 3 bornes.
- De 4 bornes.
Algunos automáticos
son:
- Por aceleración de tiempo fijo.
- Por aceleración por limitación de corriente.
La gran diferencia es
que en los manuales se necesita un operador para
hacer los cambios
de
resistencia o secuencia de conexión en el arranque, mientras que el automático no. Los arrancadores manuales
son más
sencillos y baratos tanto en
construcción como en mantenimiento, también, el
tiempo en la secuencia de conexión puede variar a la merced del operador,
son
más compactos
y de menor
peso; Pero los
automáticos también tienen sus ventajas, como menor agotamiento hacia los
operadores, ya que estos
ya
no tendrán que hacer
manualmente los cambios, poco
conocimiento requerido para operarlos, ya que tiene interfaces muy amigables, y sobre todo, que el
sistema de control puede estar
a distancia del arrancador, reduciendo peligros contra el operador.
1.2 RELEVADORES ELECTROMECÁNICOS
Es un interruptor electromagnético que se
emplea como dispositivo auxiliar
en
los circuitos de control de arrancadores de motores. Abre y cierra un conjunto de contactos cuando su bobina se
energiza. La bobina produce un fuerte campo magnético que
atrae una armadura móvil, accionando los contactos.
La
representación de los relevadores es
la siguiente:
El relevador
se compone principalmente de una bobina de excitación con núcleo de hierro, una armadura móvil y uno o varios
contactos. Cuando pasa corriente
por la bobina de excitación, la armadura
móvil es
atraída y acciona los
contactos a través de
piezas intermedias aislantes.
Los contactos pueden estar
dispuestos como contacto de cierre (contacto de trabajo),
contacto de apertura
(contacto
de
reposo) o como combinaciones
de
estos tipos
de contactos. Los relevadores suelen tener contactos de resorte.
Los relevadores se
dicen que son monoestables cuando vuelven solos a su estado de
reposo cuando se
desconecta la corriente
de
excitación, y biestables
cuando mantienen el
estado abierto o cerrado de sus contactos después de recibir un impulso
de
mando, gracias al magnetismo remanente de su
núcleo de hierro.
Dentro de los diferentes
tipos de relevadores, se encuentran:
1. Tipo armadura: Contiene un electroimán
que hace balancear a la armadura al ser
excitada, cerrando los contactos dependiendo si es
NO ó NC.
2. Tipo Reed: Está
formado por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están los
contactos montados
sobre
láminas metálicas, estos contactos
se cierran por medio de la excitación
de
una bobina, enrollada alrededor
de la ampolla.
3. Tipo núcleo móvil: Tiene un émbolo en lugar de armadura. Se utiliza un
solenoide para
cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva.
4. Tipo polarizado: Llevan una pequeña armadura, solidaria a
un
imán permanente.
El extremo inferior
puede girar
dentro de los polos de un electroimán y el otro
lleva una cabeza de contacto. Si
se
excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los
contactos. Si la
polaridad es la opuesta girará
en
sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito.
1.3 TEMPORIZADORES (AL ENERGIZAR
Y AL DESENERGIZAR)
Contactores cuya función es conmutar
uno o más circuitos eléctricos en función de la
variable tiempo.
Los temporizadores “al energizar” (on-delay) son aquellos cuyos contactos
normalmente abiertos o cerrados cambian de normalidad después
de
un determinado tiempo transcurrido previamente programado una vez que se haya mandado una señal de encendido.
Los temporizadores al “desenergizar” (off-delay)
son aquellos
cuyos contactos
cambian
de
normalidad después
de que se haya recibido
una
señal de apagado.
1.4 SOLENOIDES
DEFINICION
Un solenoide
es cualquier dispositivo físico capaz de crear una zona de campo
magnético uniforme. Un ejemplo teórico es el de una bobina
de
hilo conductor
aislado y enrollado helicoidalmente, de longitud infinita. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior
y,
como consecuencia, fuera sería nulo.
En la práctica,
una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina)
o un
número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por
el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro
de
la bobina tanto
más
uniforme cuanto
más larga sea la bobina.
La bobina con un núcleo apropiado se convierte en un electroimán).
Se
utiliza en gran medida para
generar
un
campo magnético uniforme.
Se puede calcular
el
modulo del campo magnético dentro de la bobina según la ecuación:
Donde:
· μ0: el coeficiente de permeabilidad en el
vacío.
· N: numero de espiras del solenoide.
· i: corriente que circula.
· L: Longitud total del solenoide.
Este tipo de bobinas es
utilizado para accionar un tipo de válvula, llamada válvula solenoide, que responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre. Eventualmente controlable por
programa, su aplicación
más
recurrente en la
actualidad, tiene relación con sistemas de regulación hidráulica y neumática. El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustión interna en el momento de su puesta en marcha es un solenoide.
TIPOS DE SOLENOIDES
Hay dos categorías principales de solenoides:
Solenoides giratorios
Proporcionan una carrera rotacional que se
mide en grados. Algunos
son unidireccionales y otros
son
bidireccionales. La mayor parte tienen un retorno a resorte para
devolver
la armadura (parte móvil) a la posición inicial. Los
solenoides giratorios
con
frecuencia se
usan cuando el
tamaño paquete es de la mayor
importancia y el trabajo que desempeñan se distribuye de manera más eficaz en toda su carrera. Los
solenoides
giratorios
tienen un fuerza/par
de arranque mayor
que la de los solenoides lineales.
Son más resistentes
al impacto. Los solenoides
giratorios
también ofrecen
vida útil más
larga (en
número de actuaciones) que los solenoides lineales. Una de las aplicaciones más
comunes
que ayuda a ilustrar la
función de un solenoide giratorio es
abrir
y cerrar
un obturador
láser.
Los solenoides giratorios tienen aplicaciones en máquinas herramientas, rayos láser,
procesamiento fotográfico, almacenamiento de medios, aparatos médicos, clasificadores, cierres de puertas contra incendios, y máquinas postales, etc.
Solenoides lineales
Proporcionan una carrera lineal normalmente menor de una pulgada en cualquier dirección. Al
igual
que
los giratorios, algunos solenoides
lineales son unidireccionales y algunos
son
bidireccionales. Los solenoides
lineales normalmente se clasifican como de tirar (la ruta electromagnética tira de un émbolo hacia el cuerpo del
solenoide) o de tipo de empujar en el cual el émbolo / eje se empuja hacia afuera
de
la caja. Muchos
tienen un retorno a resorte para devolver el émbolo o
émbolo y eje a la posición inicial.
Los solenoides lineales
son
dispositivos menos complejos y son significativamente
menos costosos que los productos giratorios. También ofrecen menos ciclos
de vida útil y a veces tienden a ser
más grandes.Los solenoides
lineales tienen aplicaciones
en electrodomésticos, máquinas vendedoras, seguros de puerta, cambiadores de
monedas, disyuntores de circuito, bombas, aparatos médicos, transmisiones automotrices
y máquinas
postales, por nombrar sólo unas
cuantas.
1.5 DIAGRAMAS DE ALAMBRADO Y DE CONTROL
DIAGRAMA DE ALUMBRADO
Un diagrama de alambrado nos muestra muy claramente la localización real de todos los componentes del dispositivo. En este diagrama, las flechas y las terminales abiertas
(que se representan con círculos
abiertos), indican las
conexiones hechas
por
el usuario. Debemos de observar que las líneas
gruesas indican los circuitos de fuerza (dependiendo de nuestra aplicación, pueden ser circuitos conectados a 110V, 220V ó
440V) y que las líneas delgadas señalan los circuitos de control (generalmente en las aplicaciones
industriales, éstas
señales son de 24 Vcd).
De una manera
convencional,
en
los equipos magnéticos de C.A. se usan cables negros para los circuitos de fuerza y
cables rojos para los circuitos de control.
La siguiente figura
nos muestra un ejemplo de cómo es
un
diagrama de alambrado:
DIAGRAMA DE CONTROL
Un diagrama elemental nos
permite una compresión
del circuito más fácil y rápido. Los
dispositivos
o componentes no se muestran
en
su posición actual, aquí, todos
los
componentes del circuito de control
se presentan de la forma más directa
posible entre un par de líneas verticales que representan el
control de la fuente de alimentación
de fuerza. La colocación de los elementos o componentes está diseñada para mostrar
la secuencia de operación de los dispositivos
y esto nos ayuda a comprender la forma en
que opera el circuito, esta forma de diagrama eléctrico también
es llamado diagrama
esquemático o lineal; un ejemplo de esto, lo tenemos en la siguiente figura:
Se dice "control a dos hilos" porque en un circuito básico, únicamente se requieren 2
hilos para conectar el dispositivo piloto
al arrancador
(el
dispositivo piloto puede ser algún interruptor de límite, presión, etc.)
PROTECCIÓN DE MOTORES
Todos los motores deben protegerse inexcusablemente, por
imperativo legal,
contra los efectos
perjudiciales de las
sobrecargas y los cortos circuitos. Esta protección se
realizara
mediante
dispositivos que sean capaces
de
producir la desconexión del
circuito en un tiempo apropiado, cuando la intensidad supere un valor
preestablecido.
Los dispositivos
previstos
en
el reglamento, capaces
de
cumplir esta función son:
Protección contra sobrecargas
ü Interruptores automáticos con relé térmico
ü Fusibles de características
y calibre
apropiados
Protección contra cortocircuitos
ü Interruptores automáticos con relé magnético
ü Fusibles de características
y calibres apropiados
Protección contra contactos a tierra
ü Dispositivos diferenciales
1.6 PROTECCIONES CONTRA SOBRECARGA DE MOTORES
RELÉ TÉRMICO
Se entiende que un circuito
está afectado por una sobrecarga cuando los valores de sus
intensidades alcanzan valores elevados
que las
correspondientes
a su
valor nominal, pero
sin exceder demasiado de él
(de
1.1In a 3 In),
aparte, no se produce de forma instantánea, permitiendo al
circuito adaptarse a los
cambios. No son por tanto
demasiados perjudiciales, siempre
que su duración
no
permita que se alcancen
temperaturas admisibles
en
los aislantes de los circuitos. Es más,
para una correcta
utilización de las instalaciones y maquinas es bueno que los dispositivos de seguridad
permitan en cierto modo y durante un tiempo determinado, estas sobrecargas,
evitándose así desconexiones indebidas que perjudicaran el normal funcionamiento del arranque de los motores.
Esto implica que el
dispositivo de protección contra sobrecarga sea inteligente, es
decir, que permita el paso de intensidades bajas durante un cierto tiempo y, en cambio, con intensidades peligrosas
actué con gran rapidez. A estos
dispositivos
se les
denomina de tiempo-dependiente
o característica
térmica inversa, ya que a mayor temperatura
(mayor
intensidad) el tiempo de disparo decrece. Normalmente
el dispositivo mide el
calentamiento indirectamente mediante
el control de la intensidad
que recorre el
circuito.
La elección del
relé térmico pasa por dos grandes
supuestos, uno es
si conocemos
la imagen térmica del elemento a proteger
o curva tiempo-corriente
admisible, la elección del
relé se efectuara de forma que la curva del mismo siempre este por
debajo de la
curva limite del elemento o conductor
a proteger.
Si la imagen del
elemento a proteger
no es conocida se seguirá, en este caso para
la elección del relé, lo prescrito por las normas. Es importante
para
una correcta elección
tener presente, entre otras cosas las características de arranque de la maquina
(corriente, duración
y frecuencia) la temperatura
ambiente (del relé térmico y del elemento a proteger), las condiciones externas de funcionamiento (posibles sobrecargas temporales).
El funcionamiento del relé es sencillo; cuando una intensidad, dentro de los
valores
normales, circule por
la
lamina bimetálica, se producirá un calor
que será
disipado sin
dificultad por el mismo material, mas cuando la intensidad alcance los
valores mayores permitidos, la bilámina
ya
no podrá disipar tanta energía calorífica y comenzara el
proceso de dilatación. Al
estar
las laminas unidas magnéticamente o por soldadura, resulta imposible su elongación
por separado, así el
metal cuto coeficiente de dilatación
sea
mayor no tendrá más alternativa que curvarse sobre el
material con coeficiente de
dilatación menor, de forma que: si
se fija uno de los extremos en la lamina bimetálica,
el otro extremo no tendrá coeficiente de dilatación térmica.
Si esta lamina bilámina, al llegar en su curvatura a un punto
determinado, acciona algún mecanismo, abre un contacto o
actúa sobre
cualquier
otro
dispositivo solidario como la bobina de un contactor,
puede conseguirse la desconexión del circuito por abertura del
relé térmico.
1.7 PROTECCIÓN CONTRA CORTO CIRCUITO Y FALLA A TIERRA DE
MOTORES.
PROTECCIONES CONTRA CORTO CIRCUITO.
Los cortos circuitos
son defectos que producen intensidades muy elevadas (con
5 veces la In, puede considerarse un corto circuito
franco), bruscas
(la
elevación se
produce en un intervalo de tiempo muy pequeño) y destructivas,
los cortocircuitos ocurren cuando en un circuito desaparece toda parte de su impedancia manteniéndose la tensión prácticamente constante.
Si por un error de conexión o
fallo del
aislamiento, las terminales de la toma corriente
entran en contacto, la resistencia disminuirá a valores muy bajos quedando la
intensidad con un valor muy alto. Este valor tan alto de la intensidad producirá de
inmediato dos efectos negativos:
ü Un efecto térmico
ü Un efecto
electrodinámico
Con el objetivo de cumplir
adecuadamente sus
misiones de mando y protección, los
interruptores de potencia suelen estar
previstos de toda una serie de mecanismos
y dispositivos de desenganche o desconexión. A continuación citaremos los más importantes:
1. Dispositivo térmicos de desenganche con retardo de la corriente: se utiliza
para la protección contra sobrecarga.
2. Dispositivos de desenganche electromagnéticos de sobre intensidad: son utilizados para la protección contra cortocircuito.
3. Dispositivos de desenganche magnetotérmicos: se utiliza para protección de
sobre carga y cortocircuito.
4. Dispositivos de desenganche
electromagnéticos de mínima tensión: se
utiliza para
cuando la tensión disminuye hasta un 50% de su valor nominal.
PROTECCIÓN CONTRA FALLA A TIERRA.
Los interruptores con fallas a tierra fueron
desarrollados para
proveer protección contra
este
tipo de falla. Básicamente, estos dispositivos consisten de un transformador diferencial que detecta alguna corriente
fluyendo a tierra y componentes de estado sólido
que
amplifican
esta corriente suficientemente, para
activar el voltaje
de operación de una bobina de disparo.
Debido a que corrientes
relativamente pequeñas a
través del cuerpo
pueden
ser fatales, los interruptores con
falla
a tierra deben
operar rápidamente a un
nivel predeterminado de corriente. Y su operación la
produce una corriente directamente ligada a una bobina de disparo.
Un interruptor
de
circuito por falla a tierra, se instala para protegernos contra un choque eléctrico y cumple una función muy diferente a un fusible o
a un interruptor termomagnético. También protegen contra incendios ocasionados por fallas
eléctricas, sobrecalentamiento de herramientas
o electrodomésticos
y daños al aislamiento
de
los cables.
La función del
interruptor
es monitorear la cantidad de corriente que fluye de la línea al neutro, y si existe una diferencia, como en el caso en el que la corriente fluya a tierra pasando por una persona, el
dispositivo abre el circuito, cortando el flujo de corriente.
Los interruptores
son
capaces de sensar
diferencias tan pequeñas de entre 4 a 6 mA y tienen un tiempo de reacción
de
0 .0 2 5 seg.
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