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Automatización Industrial


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Manual “Automatización Industrial”Edición Nº1 - Año 2020

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ÍndiceContenido Pág.1. Motores eléctricos................................................................................4 Conceptos básicos Energía y potencia mecánica Energía y potencia eléctrica Rendimiento Motor de Inducción Trifásico Principio de funcionamiento – Campo giratorio Velocidad sincrónica (ns) Deslizamiento (S) Relación e influencia del conexionado en un sistema trifásico Conexionado de los bobinados de los motores trifásicos Motores monofásicos de inducción Pruebas de aislamiento en motores de CA2. Simbología............................................................................................17 3. Materiales y dispositivos de automatización industrial18 Contactores Finales de carrera Boya Interruptor a presión o presostato Aparatos de mando4. Protecciones de los motores eléctricos..........................................23 Fusibles de Baja Tensión Disyuntores Termomagnéticos Interruptor automático de motor (guardamotor) 5. Arranque de motores trifásicos de inducción.........................29 Arranque directo a plena tensión Arranque directo con inversión de giro Arranque de motores trifásicos con tensión reducida Arranque estrella - triángulo Esquema de arranque compensado Guardamotor tripolar en red monofásica Arranque a plena tensión con presostato6. Conexión del relé falta de fase.......................................................437. Instalación de Fuerza Motriz...........................................................45 Dimensionamiento de las protecciones y la sección de los conductores del alimentador y ramal Dimensionamiento de la sección de los alimentadores8. Ejercicio de aplicación.......................................................................46


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1. Motores eléctricosTipos de motores: El motor eléctrico es una máquina destinada a transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Los tipos de motores eléctricos más comunes son:a) Motores de corriente contínua: Son motores de costo muy elevado y además precisan de una fuente de corriente con-tínua, o un dispositivo que convierta la corriente alterna en contínua (Rectificador). Tiene la ventaja de poder funcionar con velocidad ajustable entre amplios límites y se prestan a contro-les de gran flexibilidad y precisión. Por eso su uso es restringido a casos especiales en que las exigencias compensen su costo, que es mucho más alto que el costo de la instalación.

b) Motores de corriente alterna: Son los más utilizados, por-que la distribución de energía eléctrica es hecha normalmen-te en corriente alterna. Los principales son:

b1) Motor síncrono: Es un motor de corriente alterna cuya ve-locidad en el eje es proporcional a la frecuencia de la corriente alterna que alimenta su inducido y su inductor se alimenta con una corriente contínua de excitación. Funciona con una veloci-dad fija, utilizado solamente para grandes potencias (debido a su alto costo en los tamaños menores) o cuando se necesita una velocidad invariable. El inducido se encuentra en el estator y el inductor en el rotor.

b2) Motor de inducción: En este tipo de motor la corriente al-terna se aplica directamente al bobinado del estator y por in-ducción a manera de transformador pasa la corriente al rotor. Funciona normalmente con una velocidad constante, que varía ligeramente con la carga mecánica aplicada en el eje. Debido a su gran simplicidad, robustez y bajo costo de fabricación, es el motor más utilizado, siendo el adecuado para casi todos los tipos de máquinas que se encuentran en la actualidad.

Se tienen dos tipos de motor de inducción:- Motor de inducción con rotor bobinado: En este tipo de motor el rotor posee tres bobinas cuyos termina-les son conectados a unos anillos colectores fijados en el eje del motor y aislados de dicho eje, generalmente las tres bobinas son conectadas en estrella.

- Motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla: En este tipo de motor el rotor está constituido por ba-rras de cobre o aluminio no aisladas y conectadas a través de anillos cortocircuitados. Por su mayor aplicación en la industria, este tipo de motor será el estudiado en este curso.

Conceptos básicosA continuación serán presentados los conceptos de algu-nas variables básicas, cuya comprensión es necesaria para acompañar mejor las explicaciones de las otras partes de este curso.

ParEl Par (también denominado momento binario o torque) es la medida de la fuerza necesaria para hacer girar un eje. Es sabido por la experiencia práctica que para levantar un peso mediante un proceso semejante al usado en los po-zos de agua, ver en la siguiente figura 3, la fuerza F que es preciso aplicar a la manivela depende del largo L de la manivela. Cuanto más larga sea la manivela, menor será la fuerza necesaria.

Figura 1. Motor de corriente contínua.

Figura 2. Motor de corriente alterna.

Figura 3.

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Si aumentamos la longitud L de la manivela al doble, la fuerza F se reduciría a la mitad. Por ejemplo en la figura 3, si el balde pesa 20 N (N = newton, unidad de medida del peso) y el diámetro del tambor es de 0,20 m., la cuerda transmitirá una fuerza de 20 N en la superficie del tambor, o sea a 0,10 m., del eje del tambor. Para contrarrestar esta fuerza se precisan de 10 N en la manivela si el largo L fuera de 0,20 m.

Si L fuera el doble, o sea 0,40 m., la fuerza F sería la mitad, o sea 5 N.

Como vemos para medir la “fuerza” necesaria para hacer girar el eje, no basta definir la fuerza empleada, es preciso decir también a que distancia del eje es aplicada la fuerza. La “fuerza” es medida por el Par que es el producto de la fuerza por la distancia, es decir el Par vale F x L.En el ejemplo citado, el Par vale:C = 20 N x 0,10 m. = 10 N x 0,20 m. = 5 N x 0,40 m. = 2,0 Nm-----------------C: Par

Las unidades aquí citadas son las del sistema internacional.

Energía y potencia mecánicaLa potencia mide la “rapidez” con que la energía es aplicada o consumida. En el ejemplo anterior, si el pozo tiene 24,5 m. de profundidad, la energía gastada o el trabajo realizado para subir el balde del fondo hasta la boca del pozo es siempre la misma, valiendo: 20 N x 24,5 m. = 490 Nm. (Se nota que la unidad de medida de la energía mecánica Nm, es la misma que usa-mos para el Par, pero se trata de variables de naturaleza diferente que no deben ser confundidas). La energía W es igual a:

W = F x d , donde 1 Nm = 1 Joule = W x ∆t.

La potencia indica la rapidez con que esta energía es aplicada y se calcula dividiendo la energía o trabajo total por el tiempo utilizado en realizarlo. Así si usamos un motor eléctrico capaz de subir el balde de agua en 2 segundos. La potencia necesaria será:

Pt = 490 Nm / 2 s = 245 W

Si usáramos un motor más potente, con capacidad de realizar el trabajo en 1,3 segundos, entonces la poten-cia necesaria sería:

Pt = 490 Nm / 1,3 s = 377 W

La unidad de medida más usual para la medida de la potencia mecánica es el CV (caballos de vapor) o HP (caballos de fuerza), donde 1 CV = 736 W, 1 HP = 746 W.

Pt = 245 / 736 = 1/3 CV Pt = 377 / 736 = 1/2 CV

Pt = F x d / t = (W)

F x dPmecánica = F x d / t (W) ; 1 CV = 736 W entonces, Pmec. = --------- (CV) 736tPara movimientos circulares:C = F x r (Nm) donde V = π x d x n / 60 (m/s)

F x VPmec. = -------- CV 736Dónde:C = Par en Nm.F = Fuerza en N.L = Brazo de palanca en m.r = Radio de la polea en m.V = Velocidad en m/s.d = Diámetro de la pieza en m.n = Velocidad en rpm.

Energía y potencia eléctrica A pesar de que la energía es una sola cosa, puede ser presentada en formas diferentes. Si conectamos una


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resistencia a una red eléctrica de tensión, circulará por ella una corriente eléctrica que terminará calentando la resistencia. Esta absorbe energía eléctrica y la transforma en calor, que también es una forma de energía. Un motor eléctrico adsorbe energía eléctrica de la red y la transforma en energía mecánica disponible en la punta del eje.

Rendimiento El motor eléctrico adsorbe energía eléctrica de la línea y la transforma en energía mecánica disponible en el eje. El rendimiento define la eficiencia con que se realiza esta transformación. Llamando “Potencia útil” Pu a la potencia mecánica disponible en el eje y “Potencia adsorbida” Pa a la potencia eléctrica que el motor saca de la red, el rendimiento será la relación entre ambas, o sea:

Pu (W) 736 x P (CV) P (kW)η = ------------ = ---------------------- = ---------------------- Pa (W) √3 x V x I x cosφ √3 x V x I x cosφ

Pu (W) 736 x P (CV) η % = -------------- x 100 = ----------------------- x 100, en porcentaje Pa (W) √3 x V x I x cos φ

Relación entre unidades de potenciaP (kW) = 0,736 P (CV) ó P (CV) = 1,359 (kW).

Relación entre Par y Potencia

C (Kgfm) x n (rpm) C (Nm) x n (rpm) P (CV) = ------------------------- = ------------------------- 716 7.024

C (Kgfm) x n (rpm) C (Nm) x n (rpm)P (kW) = ------------------------- = ------------------------- 974 9.555

Inversamente la cupla

716 x P (CV) 974 x P (kW) C (Kgfm) = -------------------- = ----------------------- n (rpm) n (rpm)

7.024 x P (CV) 9.555 x P (kW) C (Nm) = ---------------------- = ------------------------ n (rpm) n (rpm)

Motor de Inducción TrifásicoEl motor de inducción trifásico (figura 4) está compuesto fundamentalmente de dos partes: el rotor y el esta-tor.Estator• Carcaza (1): Es la estructura soporte del conjunto; de construcción robusta en hierro fundido, acero, o alumi-nio inyectado, resistente a la corrosión y presentan aletas. Esas aletas sirven para eliminar el calor producido dentro del motor con la ayuda del ventilador.• Núcleo de chapas (2) : Las chapas son de acero magnético, tratadas térmicamente para reducir al mínimo las pérdidas en el hierro.

• Bobinado Trifásico (8) : Son tres conjuntos de bobinas, una para cada fase, formando un sistema trifásico conectado a la red de alimentación.

Rotor• Eje (7) : Transmite la potencia mecánica desarrollada por el motor. Es tratado térmicamente para evitar pro-blemas como deformación y fatiga.

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• Núcleo de chapas (3) : Estas chapas poseen las mismas características que el material del estator.

• Barras y anillos de cortocircuito (12) : Son de aluminio fundidos a presión en una pieza única.

Otras partes del motor a inducción trifásico:• Tapas (4).• Ventilador (5) : Insufla aire hacia el motor, este aire re-frigera los bobinados pasando a través de las aletas. El material del cual está hecho el ventilador es un PVC , di-cho ventilador debe verificarse periódicamente, pues la rotura de las aletas acarrearía el sobrecalentamiento del motor.• Protección del Ventilador (6).• Cajas de conexiones (9).• Placa de bornes (10).• Rodamientos o rulemanes (11).

Lo que caracteriza al motor de inducción es que sólo el estator es conectado a la red de alimentación. El rotor no posee conexiones al exterior, como es el caso de los bobinados del estator y las corrientes que circulan en él, son inducidas electromagnéticamente por el estator, de donde surge el nombre de motor de inducción.

En las figuras 4a y 4b se indican un despiece de los motores trifásico asíncronos con rotor tipo jaula de ardilla y rotor bobinado de anillos.

Figura 4. Motor de inducción trifásico

Figura 4a: Motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla.

Figura 4b: Motor asíncrono de rotor bobinado de anillos.

BornaPlacas de bornas

Casquete soportelado ventilador

Tapa de ventiladorVentilador

Estator

Rotor de jaula

RodamientoBarra de montaje

Rodamiento

Casquete soportelado principio de árbol Borna

Placas de bornasEscobillasy porta-escobillas

Ventilador

Tapa de ventilacióncon puerta de acceso

Casquete soportelado anillos

EstatorAnilloscolectores

Rotor bobinadode ranuras abiertas

Casquete soportelado principio de árbol

Rodamiento

Barra de montaje


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Principio de funcionamiento – Campo giratorioCuando una bobina es recorrida por una corriente eléctrica, se genera un campo magnético dirigido en la dirección del eje de la bobina y de valor proporcional a la corriente.a) En la fig. 5a se muestran un “bobinado monofásico” recorrido por una corriente I, y un campo magnético H que es generado por dicha corriente; el bobinado esta constituido por un par de polos, un polo norte y un polo sur, cuyos efectos se suman para establecer un campo magnético H. El flujo magnético atraviesa el rotor entre los dos polos y se cierra a través del núcleo del estator. El campo magnético es “pulsante”, pues su intensidad “varía” proporcionalmente a la corriente, siempre en la misma dirección norte-sur.

b) En la fig. 5b se muestra un “bobinado trifásico”, formado por tres bobinados monofásicos espaciados entre sí 120º mecánicos. Si estos bobinados fueran alimentados por un sistema trifásico, las corrientes I1, I2 e I3 crearán, del mismo modo, sus propios campos magnéticos H1, H2 y H3. Estos campos están espaciados entre sí 120º eléctricos, pues las tres corrientes trifásicas están desfasadas 120º eléctricos. Además, como estos campos son proporcionales a las respectivas corrientes, estarán desfasados en el tiempo 120º eléctricos entre sí, pueden ser representados por un gráfico igual a la fig. 4. El campo total resultante, en cada instante, será igual a la suma gráfica de los tres campos H1, H2 y H3 del instante correspondiente:H = H1 + H2 + H3 , es una suma vectorial.

En la fig. 6 representamos esta suma gráfica para cada seis instantes sucesivos. En el instante (1), el campo H1 es máximo y los campos H2 y H3 son negativos y del mismo valor, iguales a 0,5 H. Los tres campos son representados en la fig. 6 (1) , parte superior y teniendo en cuenta que el campo negativo se representa por un vector (flecha) en sentido opuesto al que sería el normal; el campo resultante (suma gráfica) es representado en la parte inferior de la fig. 6 (1) y tiene la misma dirección que el campo de la fase 1 (campo producido por la corriente I1).

Repitiendo la construcción para los puntos 2, 3, 4, 5 y 6, se observa que los campos resultantes H tienen un módulo o valor constante, pero su dirección gira, completando una vuelta cada fin de ciclo.Así, cuando un bobinado trifásico es alimentado por corrientes trifásicas, se genera un “campo giratorio” como si hubiese un único par de polos giratorios de intensidad constante. Este campo giratorio, creado por el bobinado trifásico del estator, induce tensiones en las barras del rotor (las líneas de flujo cortan las barras del rotor) las cuales generan corrientes, y por consecuencia, un campo en el rotor de polaridad opuesta al campo giratorio del estator. Como los polos opuestos se atraen y como el campo del estator (campo giratorio) es rotativo, el rotor tiende a acompañar la rotación de este campo. Entonces, en el rotor se genera un para motor que hace que gire el eje, moviendo la carga. La suma de los campos magnéticos H= H1 + H2 + H3 = 3/2 H (módulo del campo magnético), nos indica que el módulo del campo magnético giratorio es independiente del tiempo y gira con una velocidad angular W= 2 x Π x f.

Velocidad sincrónica (ns)Velocidad sincrónica del motor es definida por la velocidad de rotación del campo giratorio del estator, la cual depende de la cantidad de polos (2p) del motor y de la frecuencia (f ) de la red en Herz. Los bobinados pueden

Figura 5a. Figura 5b.

H1

H2 H3H1

H2

H3

H1H2

H3

H2H3H1

H2

H3

H1H2

H3

H

HH H

H

Figura 6.

H1

H

1 2 3 4 5 6

U1 U2 U3

120º 120º 120º

360º 1 Ciclo

Tiempo

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ser construidos por uno o más pares de polos, que se distribuyen alternadamente (un polo norte y un polo sur) a lo largo de la periferia del núcleo magnético. El campo giratorio recorre un par de polos (p) en cada ciclo. Así, como el bobinados tiene polos o pares de polos, la velocidad del campo magnético H del estator será:

120 x f f = 50 Hz. ns = ------------ p

La velocidad con que gira el eje del motor es siempre menor que la velocidad sincrónica, de esta característica proviene el nombre de motor asíncrono.Ejemplos:a) Cual es la rotación sincrónica de un motor de dos polos a 50 Hz.

120 x f 120 x 50 ns = ------------ = -------------- = 3000 rpm. p 2

b) Cual es la rotación sincrónica de un motor de 4 polos a 50 Hz.

120 x f 120 x 50 ns = ------------ = ------------- = 1500 rpm. p 4 Se nota que a medida que aumenta la cantidad de polos de un motor, su velocidad va disminuyendo. “El nú-mero de polos es siempre un número par: 2 polos, 4 polos, 6 polos”.

Nº de polosVelocidad sincrónica (Vueltas por minuto) 60 hertz 50 hertz

2 3.600 3.0004 1.800 1.5006 1.200 1.0008 900 750

Tabla 1 – Velocidades sincrónicas.

Deslizamiento (S)Como el motor asíncrono gira a una velocidad menor que la velocidad sincrónica, o sea, diferente a la velo-cidad del campo giratorio, el bobinado del rotor “corta” las líneas de fuerza magnéticas del campo, y, por las leyes del electromagnetismo, en el circularán corrientes inducidas. Cuanto mayor sea la carga, mayor tendrá que ser el Par necesario para moverla. Para obtener el par necesario, tendrá que ser mayor la diferencias de velocidades para que las corrientes inducidas y los campos producidos sean mayores. Por lo tanto, a medida que la carga aumenta, decae la velocidad del motor.

Cuando la carga es nula (motor en vacío), el motor gira prácticamente con la velocidad sincrónica. La diferen-cia entre la velocidad del motor n y la velocidad sincrónica ns se llama deslizamiento s, que puede ser expre-sado en rpm, como una fracción de la velocidad sincrónica o como un porcentaje de éste. s (rpm) = ns – n

ns – n ns - ns = ------------ s (%) = ----------- x 100 ns nsPara un deslizamiento s (%), la velocidad n del motor se expresa como: s n = ns x ( 1- ----- ) 100 Ejemplo:Calcular el deslizamiento de un motor de seis polos, 50 Hz., si su velocidad es de 960 rpm.De la Tabla 1 para 6 polos n = 1000 rpm.

p = número de polos, es siempre un número par.


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ns - n 1000 - 960s (%) = ----------- x 100 = ---------------- x 100 = 4 % ns 1000 Relación e influencia del conexionado en un sistema trifásicoUna de las más importantes características que debe ser considerada por un profesional electricista cuando va a instalar un motor es la tensión de la red. Cuando se proyecta la compra de un motor, se debe conocer el valor de la tensión de la red a la cual se conectará dicho motor. Igualmente, cuando un motor va a ser desmontado y va a ser instalado en otro lugar, también debe tenerse en cuenta la tensión que indica su placa, así como la tensión de la nueva línea, para garantizar el correcto funcionamiento del mismo. Si un motor se conecta a la red cuya tensión es superior a la indicada en su placa, puede quemarse, o si es menor, el motor no tiene la potencia debida, empezando a oirse un zumbido que denota “no poder”.

Conexiones trifásicasConexión en estrella Conexión en triángulo

La tensión de línea (VL) : Es la tensión entre dos fases cualquiera.La tensión de fase (VF ): Es la tensión entre una fase cualquiera y el neutro.La corriente de línea (IL): Es la corriente que circula por cualquiera de los tres hilos de línea trifásica.La corriente de fase (IF): Es la corriente que circula por una de las cargas.La tensión de línea, es igual a la tensión de fase multiplicada por √3 , luego : VL = √3 x VF.En cambio la intensidad de la corriente de línea (IL) es igual a la corriente de fase (IF), luego IL = IFConexión en triánguloLa intensidad de línea, es igual a la intensidad de fase multiplicada por √3 , luego : IL = √3 x IFEn cambio la de línea (VL) es igual a la tensión de fase (IF), luego VL = VF.La red de la ANDE entre una tensión trifásica 380/220 V.Donde el voltaje de línea es igual a VL = 380 Volt y el voltaje de fase es VF = 220.

Placa característica de los motoresTodos los motores traen un placa que lo identifica (fig. 7), donde figuran todas las características del motor, esta placa colocada por el fabricante es dispuesta en un lugar de fácil acceso para su lectura.Estas características son:- Marca y tipo de motor.- Modelo, número de motor y carcaza.- Tipo de corriente contínua o alterna.- Número de fases.- Tensión nominal, corriente nominal y frecuencia.- Potencia mecánica nominal.- Rotación nominal.- Rendimiento.- Calentamiento admisible o clase de aislamiento.- Letra-Código.- Factor de servicio.Observación: Las características de tensiones y corrientes que los motores traen en su placa se refiere a tensiones de línea (VL) y a corrientes de línea (IL).

VL

IL

VL

IF VFVL

VL

IL

IF

VF

Figura 7.

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Letra-CódigoLa capacidad de los dispositivos de protección de los motores deberá estar comprendida entre 150% a 300% de la corriente nominal del motor para servicio contínuo.La tabla 3 indica el porcentaje a ser usado en los dispositivos de protección, conforme al tipo de motor y del arranque utilizado.

(Reglamento de B.T. de ANDE)

Factor de servicio: Es el factor por el cual puede ser multiplicada la potencia nominal, sin un calentamiento perjudicial del motor. Este factor es aplicado a los motores de uso no permanente, y deberá tenerse en cuenta para el dimensionamiento de los conductores y las protecciones.

Ejemplo: Un motor de 15 HP, con corriente nominal de 40 A, tiene un factor de servicio FS = 1,15. Calcular la sobrecarga de corriente y el aumento de potencia en el ejeCálculo de la sobrecarga:I = 1,15x40 A = 46 ACalculo del aumento de potencia en el eje:P = 1,15x15HP = 17,25 HP.

Clase aislamiento: Una sobrecarga en el motor se traduce a una elevación de su temperatura, esta elevación de temperatura puede dañar la aislación del alambre del cual están echas las bobinas.

Clase Aislante Temperatura máxima0 Algodón, seda, papel o materiales parecidos, cuando no están impregnados en aceite. 90 º CA Algodón, seda, papel o materiales parecidos, cuando están impregnados o pintados con esmalte sobre los conductores. 105 ºCB Mica, asbestos, vidrio y otras sustancias inorgánicas, combinadas con otras sustancias orgánicas 125 ºCC Mica, asbestos, vidrio cubierto con silicona. 175 ºC

Tabla 2.

Tabla 3.

Conexionado de los bobinados de los motores trifásicos a) Conexionado para motores con 3 bobinasLos motores traen una caja de conexiones, donde se encuentran las salidas de cada bobina del estator debi-damente identificados (con letras o números), permitiendo de esa forma al profesional hacer las conexiones dentro de esa caja. La conexión se debe realizar respetando las identificaciones de los conexionados que fi-guran en la placa del motor. A la salida de la caja siempre se debe arrollar como dos vueltas de ese conductor


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para tener a disposición para alguna pequeña prolongación o reparación. Los motores trifásicos poseen tres bobinados, en motores de muy alta potencia pueden poseer seis bobinados.

Los motores 220/380 V, pueden traer identificados los terminales de las bobinas con los números 1, 2 y 3 que son conectados a la línea; y los otros extremos de la bobina se obtienen sumando el número 3 a los números 1, 2 y 3 anteriormente citados. Tenemos entonces que una bobina será 1-4, otra bobina 2-5 y otra bobina 3-6. Para la conexión en la tensión inferior se hace la conexión triángulo (∆) y para la conexión con la tensión superior se usa la conexión en estrella (Y).

∆ Y

LINEA1 2 3

4 5 6Figura 8.

LINEA1 2 3

LINEA1 2 3

4 5 64 5 6Conexión en

triánguloConexión en

estrellab) Conexionado para motores con 6 bobinasPara motores 220/440 V, se puede tener la siguiente identificación. Los terminales de las bobinas 1, 2 y 3 son conectados a la línea y para conocer los otros extremos de dichos bobinados se suma el número 3 a los números citados anteriormente. Estos motores pueden ser conectados en triángulo o en estrella. Cuando se usa la tensión superior (440 V), se conectan dos bobinados en serie por fase. Cuando se usa la tensión inferior (220 V), se conectan dos bobinados en paralelo.

Figura 9.Tensión superior bobinas en serie

Tensión inferior bobinas en paralelo

1 2 3

4 5 67 8 9

10 11 12 4 10 5 11 6 12

1 7 2 8 3 9 LINEA

LINEA Conexión ∆-∆∆

Tensión superior bobinas en serie

Tensión inferior bobinas en paralelo

1 2 3

4 5 67 8 9

10 11 12

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11 12

Conexión Y-YY

Motores monofásicos de induccióna) Motores de fase partidaLos motores de fase partida tienen dos devanados en el estator : uno principal, m, y otro auxiliar, a, con sus respectivos ejes dispuestos en el espacio a 90º grados eléctricos entre sí, su conexión puede verse en la fig.10 a . El devanado auxiliar tiene una impedancia mayor que el devanado principal, de forma que las corrientes en ambos están desfasadas entre sí tal como se indica en el diagrama vectorial. El debanado auxiliar posee pocas espiras de cable de diámetro fino. Puesto que la intensidad Ia en el devanado auxiliar está adelantada respecto a la Im del bobinado principal, dichas corrientes en ambos devanados equivalen a una corriente bifásica desequili-brada, y el motor equivale a un motor bifásico equilibrado: el resultado es un campo giratorio en el estator capaz de provocar el arranque en el motor. El debando principal posee muchas espiras de cable de diámetro grueso.Una vez el motor en marcha, se desconecta el devanado auxiliar, generalmente por medio de un interruptor centrifugo que actúa cuando la velocidad ha llegado aproximadamente al 75 % de la de sincronismo. El bobina-do auxiliar esta hecho con un alambre más fino que el principal, cosa que se puede hacer sin inconveniente ya que éste devanado auxiliar está conectado únicamente durante el periodo de la puesta en marcha. Se la sitúa generalmente en la parte superior de las ranuras del estator. El rotor es del tipo de jaula de ardilla.Se fabrican desde 1/20 a 1/2 CV.

Fig.8 a Fig.8 b

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Motor de fase partida

Motor con arranque con capacitor

Rotor

Figura 10 a. Figura 10 b.

Rotor

V+

-

I

Dev

anad

opr

inci

pal

Devanadoauxiliar

Im Interruptorcentrífugo

Ia

I

+

-V

Dev

anad

opr

inci

pal Im

Ia

InterruptorcentrífugoC

Im

Ia

I

VWW

Im

Ia

I

V

Pruebas de aislamiento en motores de CAEn las grandes industrias, es común encontrar cientos de motores eléctricos de distintos tamaños, que deben recibir en forma regular mantenimiento preventivo. Generalmente, dentro de este programa se encuentran aquellos motores considerados como críticos, así como aquellos muy grandes, costosos y difíciles de reemplazar. También se incluyen motores que son vitales para los procesos dentro de los cuales se encuentran operando, que pueden generar altos costos cuando están fuera de servicio o su costo de reemplazo es bastante elevado. Normalmente los motores cuyas potencias sean fracciones de HP, CV o KW, no se incluyen en estos progra-mas.Como se sabe, los enemigos de los equipos eléctricos son: La suciedad, el calor y la vibración, que causan daño excesivo al aislamiento de los motores.

El alma de cualquier mantenimiento efectivo será:• Una inspección visual.• Prueba de aislamiento como respaldo.

Las técnicas de la prueba de aislamientoSe pueden desarrollar tres pruebas básicas para probar el aislamiento, cualquiera de ellas o las tres, ofrecen una evaluación excelente de la condiciones del aislamiento del motor.

1. Prueba de aislamiento de corta duraciónEsta prueba, conocida también como “prueba de aislamiento SPOT”, es la prueba de resistencia de ais-lamiento más simple, durante ésta el voltaje de salida del aparato probado se eleva hasta el valor deseado, y a un tiempo determinado se toma la lectura de la resistencia de aislamiento. Los niveles de voltajes de prueba recomendados se dan en la tabla siguiente.

Para obtener el valor de la resistencia, es práctica común que la prueba de resistencia de aislamiento spot se desarrolle por un tiempo de 60 segundos, porque en muchos casos la lectura de la resistencia de aislamiento se continúa elevando por un periodo de tiempo mayor.Si la prueba se suspende a los 60 segundos, se esta-blece un parámetro consistente para cada máquina.La prueba spot se usa cuando se desea obtener una evaluación rápida de referencia de las condiciones de un motor.

Las lecturas se deben tomar:• Entre cada fase del motor y tierra (masa).• Entre las tres fases unidas temporalmente contra tierra (masa).

Si los valores de lectura están arriba de los valores mínimos aceptables, el motor se considera en con-diciones de operación para un periodo de tiempo Tabla 4.


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preseleccionado (por lo general de 6 meses a 1 año).

Para motores de hasta 460 V de tensión nominal, el valor mínimo aceptable es de 1 Megohm del valor ob-tenido con la expresión:

Tensión en terminalesRaislamiento> ——————————= (Megohms) Pot. en kVA + 100(Para simplificar se considera 1HP = 1 kVA).

Como ejemplo consideremos un motor de 100 HP a 380 V, trifásico, el valor de resistencia de aislamiento mí-nimo obtenido con la fórmula anterior sería:

380Raislamiento > ——————— = 1,9 Megohms (100 + 100)

El valor de resistencia del aislamiento debería ser mayor, dependiendo del historial del aislamiento; sin em-bargo, los valores aceptables pueden variar de acuerdo con otros factores, tales como: voltajes nominales de los motores y tipos de aislamiento, altura de operación sobre el nivel del mar, potencia nominal del motor y el medioambiente en el lugar de la instalación.

De gran importancia son los efectos de la temperatura, la humedad y la limpieza del área donde está instalado el motor.

2. Determinación del índice de polarización (IP) Cuando se prueban grandes motores o generadores, la capacitancia geométrica es algunas veces tan grande, que es difícil llevar a cabo la prueba de resistencia de aislamiento, debido a que los tiempos de carga son lar-gos.

La prueba de índice de polarización se puede usar para obtener indicación inmediata de la condición del aisla-miento del motor. Es importante observar que esta prueba no está afectada por la temperatura, debido a que se basa en relaciones cuyos valores no están afectados por variaciones de temperatura.

Para desarrollar la prueba se toma una lectura de la prueba de resistencia aislamiento durante 1 minuto, y luego una segunda lectura después de 10 minutos.

El índice de polarización es el valor obtenido de dividir la segunda lectura entre la primera, es decir: R10 minutosIP = —————— R1 minuto

El valor obtenido proporciona una indicación inmediata de la condición del aislamiento del motor. En la siguiente tabla, se dan algunos valores de relacio-nes y las correspondientes condiciones relacionadas para el aislamiento probado. En general, un valor elevado del IP indica que el aislamiento se encuentra en buenas condiciones. Un valor IP menor que la unidad (menor que 1) indica que se debe tomar una acción correctiva en forma inmediata. Frecuentemente, una lectura de valor bajo indica que el aislamiento está sucio o húmedo. La limpieza y/o secado generalmente restaura el IP a valores aconsejables.Conviene tener en cuenta que lo valores de IP sobre un mismo motor son relativos. Si por ejemplo, para un motor en particular se han tenido valores bajos de IP durante un cierto número de años, que ni limpiando, secando y chequeando se han logrado cambios en el IP, se debe suponer que esto es normal para este motor en particular.

3. Prueba comparativa de paso de voltajeEsta prueba es particularmente útil cuando se examinan motores grandes, que tienen una gran dependencia de capacitancia. La prueba es comparativamente fácil de desarrollar, debido a que las corrientes de carga no deben estar en el cero y no se requieren correcciones de temperatura para resultados intermedios.

Para comenzar la prueba comparativa de paso de voltaje, es necesario determinar el máximo voltaje de prue-ba que se debe usar. Hecho esto, se divide este valor entre un número igual de pasos. Por ejemplo, si se usan 5

Tabla 5.

15


pasos y el voltaje de prueba deseado es de 5000 V, cada paso será de 1000 V.

Una técnica muy usada es la de aplicar dos voltajes con una relación entre ellos de alrededor 1 a 5 (500 V, y 2500 V). Las experiencias basadas en esta prueba, han mostrado que una reducción del 25% en el valor de la resistencia de aislamiento, usando esta relación se debe a la presencia de una cantidad excesiva de humedad y otros elementos contaminantes.

Para desarrollar la prueba, primero se eleva el voltaje de prueba al primer paso o escalón y se mantiene este va-lor durante 1 minuto; se toma el valor de la resistencia de aislamiento y se eleva el valor de voltaje al siguiente paso; el procedimiento se repite y se toman lecturas de resistencia de aislamiento para todos los pasos.

Con los valores obtenidos se hace una gráfica en papel milimetrado, y si se nota una reducción en la re-sistencia de aislamiento al valor más alto de voltaje, se considera que el aislamiento se está debilitando, de manera que se deben investigar las causas. Es importante recordar que la humedad y la suciedad en el aislamiento se detectan en las pruebas a bajo voltaje, es decir al voltaje cercano al de operación, mientras que los efectos del envejecimiento o de daños mecánicos en aislamientos limpios y secos, frecuentemente no se revelan en pruebas a bajo voltaje.

Si el valor de la resistencia de aislamiento continúa cayendo, a medida que los pasos de voltajes se incre-mentan, ésto indica algún problema en el aislamiento y, probablemente el motor requiera de servicio. Si el valor de la resistencia permanece casi constante o se incrementa al aumentar los pasos o niveles de voltaje de prueba, se dice que el aislamiento está en buenas condiciones.

Prueba de aislamiento en el sitioUna prueba de aislamiento en el sitio es una prueba que verifica el aislamiento del mismo sobre la vida del motor. Se hace cuando el motor está en servicio (cada seis meses).

Para desarrollar esta prueba se aplica el siguiente procedimiento:1. Conectar un megger (meghómetro) para medir la resistencia de cada terminal del devanado a tierra. Las lecturas se registran después de 60 segundos. En caso de no obtener la lectura mínima aceptable, se debe revisar y dar mantenimiento al motor. Registrar el valor de la lectura mínima, ya que ésta sirve de referencia.2. Se descargan los devanados del motor a través de una resistencia.3. Se repiten los pasos anteriores cada 6 meses y se traza un gráfico como el de la figura de la siguiente página.

Para concluir este interesante e importante tema, no está demás insistir en esto: un buen instalador electri-cista debe verificar la eficacia de los métodos de protección que mencionamos, principalmente cada cierto tiempo para evitar que las máquinas lleguen a un punto que puedan deteriorarse de tal manera que se las deseche o se los rebobine totalmente. Resaltemos nuevamente que la resistencia de aislamiento es la del aislamiento en el que está rodeada una parte de la instala-ción sometida a tensión.

El valor de esta resistencia puede modificarse debido a cualquiera de las siguientes causas: • Envejecimiento de los materiales aislantes (se vuelven quebra- dizos).• Deterioro mecánico.• Efecto del polvo y la humedad (corriente de fuga).• Sobretensiones (efectos de los rayos en las redes eléctricas).• Fallo en el montaje.• Vibraciones.

La reducción de la resistencia de aislamiento (Raisl.) es muy pe-ligrosa al ser ésta una de las magnitudes decisivas del posible circuito de fallo. Además pueden aparecer corrientes deriva-das entre dos conductores sometidos a potenciales distintos, corrientes que provocan un calentamiento del punto donde aparece el fallo, con el consiguiente recalentamiento y reseca-miento del aislante. Si se supera la temperatura de inflamación podría producirse un incendio. Figura 11.


16

Diagrama de conexionado para determinar la resistencia de aislamiento en motores de inducción

k

Figura 12.

17


Pulsador con accionamiento manual por empuje, normal cerrado (NC)

S0

100%80%65%0%

Fusible

Motor trifásico(Carcasa a tierra)

Motor monofásico(Carcasa a tierra)

K1

A1

A2

Bobina del contactor

1 3 5

2 64FR Relé térmico

KT Relé temporizador

H2X1

X2

Lámpara de señalizaciónconectada en las borneras X1 y X2

Contacto conmutado del relé térmico

14

13 Pulsador con accionamiento manual por empujer normal abierto (NO)

KTConctacto normalmente cerrado(NC) del relé temporizador

FR 1

FR 1

Conctacto normalmente cerrado(NC) del relé térmico

K12 64

1 3 5 Contacto tripolar (de fuerza)

14

13 K 1

Contacto normal-mente abierto (NA) del contactor K1

K 1 Contacto normalmente cerrado (NC) del contactor K1

Autotransformador trifásico para arranque compensado

2. Simbología

S 1

A1

A2

22

21

16

15

95

96 98

U WV

3 M

U2U1

1 M

P Presostato

Final de carrera

SN


18

b) Motores con condensadorPara mejorar las condiciones de arranque y de marcha normal pueden emplearse condensadores.El motor con condensador para la puesta en marcha es en el fondo un motor de fase partida, pero el desfase entre ambas corrientes se consigue mediante un condensador en serie con el devanado auxiliar, como indica la fig. 10 b . También aquí, como el caso anterior, el devanado auxiliar se desconecta una vez que el motor está en marcha, por lo que tanto su devanado como el condensador, al trabajar sólo intermitentemente, pueden proyectarse con su mínimo de costo. Si el condensador de arranque es de capacidad adecuada puede conseguirse que la corriente Ia en el devanado auxiliar, se adelante 90º grados eléctricos a la Im del devanado principal como si se tratara de un motor bifásico equilibrado.En los motores con capacidad permanente no se corta el circuito auxiliar una ves que el motor está en marcha, con ello se simplifica la construcción al prescindir del interruptor centrífugo, y se mejora el factor de potenciaEl rotor es del tipo de jaula de ardilla. Se fabrican desde 1/2 HP hasta 2 HP.

3. Materiales y dispositivos de automatización industrial

ContactoresEs el elemento más importante del automatismo.El contactor es una llave electromecánica, con una sola posi-ción de reposo, accionado generalmente en forma eléctrica, que es capaz de establecer, soportar e interrumpir la corrien-te que circula por el circuito en condiciones normales, inclui-das determinadas condiciones de sobrecarga en servicio.Su función en el circuito consiste en conectar y desconectar los elementos en el circuito de potencia y, además, intervie-ne en la lógica del circuito de mando.Los elementos principales del contactor son:a) El circuito electromagnético (incluye bobina, núcleo y ar-madura).b) Los contactos principales o contactos de fuerza.c) Los contactos auxiliares.d) Sistema apagachispas o de ex-tinción del arco eléctrico dentro del contactor.Podemos diferenciar dos tipos de con-tactores, los contactores principales y los contactores auxiliares.

Contactores principalesEstos contactores tienen contactos principales o de potencia, que son ca-paces de conectar, mantener y desco-nectar la intensidad del circuito de po-tencia, así como un contacto auxiliar, de poca potencia, utilizado en el circuito de mando.Contactores auxiliaresEstos contactores únicamente tienen contactos auxiliares, que pueden ser del tipo normalmente cerrados NC o normalmente abiertos NO, y pueden soportar poca inten-sidad de corriente. Estos contactos se utilizan en los esquemas de mando activando receptores de poca potencia, que por lo general suelen ser de pequeño tamaño (lám-paras de señalización, bobina de relé, bobina de contactor). Funcionamiento: Al energizar la bobina del contactor, todos los contactos se con-mutan instantáneamente, o sea los contactos normalmente cerrados se abren y los contactos normalmente abiertos se cierran, manteniéndose en esa posición durante el tiempo que la bobina se mantenga con tensión. Al desenergizar la bobina, sus contactos vuelven al estado de reposo en forma instan-tánea. La mayoría de los accionamientos eléctricos son realizados en la actualidad por motores trifásicos, la maniobra se hace generalmente con la ayuda de contactores, a excepción de pequeños motores individua-les que pueden ser todavía accionados manualmente.

A2

A1 L1 L2 L3

T1 T2 T3

1 2 3

4 5 6

13 21

14 22

Circuito magnético

Contactos principales o de fuerza

N.A N.CContactos Auxiliares

Figura 14. Constitución de un contactor y su esquema de representación.

Contacto Auxiliar N.AContacto Auxiliar N.C

T1T2T3

Contactos principales

Armadura

Bobina

Núcleo

A1

A2

141321 22L1

L2

L36 5 4 3 2 1

Figura 13. Contactor principal.

Figura 15. Contactor auxiliar.

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Accesorios para un montaje lateral

Estructura a prueba de polvo IP40

Accesorios para el montaje en la parte superior

Operación manual

Terminales claramente marcados Figura 16.

DetallesAccesorios para un montaje lateral: Colocación rápida de los módulos de contacto auxiliar y los módulos de bloqueo mecánico de los contactores inversores.Estructura a prueba de polvo IP40: Previene la en-trada de susstancias extrañas a los puntos de con-tacto.Accesorios para el montaje en la parte superior: Co-locación rápida de los módulos de contactos auxiliares.Operación manual: Permite una revisión fácil de los circuitos y ver si está encendido o apagado.Terminales claramente marcados: El tipo, clasifica-ción y número de los terminales están claramente mar-cados y son fáciles de leer. Condiciones a tener en cuenta para el dimensionamiento de los contactores1. Tipo de carga (Resistiva, inductiva o capacitiva).2. Tensión y frecuencia de la red eléctrica.3. Potencia o corriente de la carga.4. Categoría de servicio del aparato según las aplicaciones en Corriente Alterna.AC1: Cargas no inductivas o débilmente inductivas. Hornos de Resistencia.AC2: Arranque de motores con rotor bobinado. Inversión de giro.AC3: Arranque de motores con rotor en cortocircuito (rotor tipo jaula de ardilla).AC4: Arranque de motores con rotor en cortocircuito. Inversión de giro. Categoría de Servicio del aparato según las aplicaciones en Corriente Contínua: DC (DC1, DC2, DC3.)5. Tiempo en que estarán cerrados sus contactos de fuerza y pasando corriente por ellos:5.1. Empleo ininterrumpido: Los contactos de fuerza pueden permanecer cerrados durante un tiempo ilimitado, estando recorriendo por ellos la corriente nominal.5.2. Empleo de 8 horas: Los contactos de fuerza pueden permanecer cerrados durante un tiempo determi-nado que les permita alcanzar su equilibrio térmico, sin sobrepasar las 8 horas sin interrupción.5.3. Empleo temporal: Los contactos de fuerza, pueden permanecer cerrados, circulando por ellos la co-rriente nominal, durante un tiempo suficiente que les permita alcanzar el equilibrio térmico, seguido de un tiempo de reposo donde los contactos alcancen la temperatura ambiente.5.4. Empleo intermitente: Constituido por una sucesión de ciclos iguales, con un tiempo de conexión y otro tiempo de desconexión, suficiente para que los contactos alcancen su equilibrio térmico.6. Número de contactos auxiliares a utilizar en el circuito de mando.7. Frecuencia y Voltaje de trabajo de la bobina del contactor.

Contactores para maniobra de capacitoresEn el instante en que se conecta un capacitor esto aparenta ser un corto circuito. La gran cantidad de corriente en la conexión del capacitor dependerá del valor de la tensión alterna en el momento de conexión y de la impedancia de los cables de conexión , así como de la impedancia del transformador de alimentación. En algunas cargas sobre el condensador pueden suceder picos de corriente que lle-gan hasta valores 30 veces más altos que la corriente nominal del capacitor. Esto significa que en un capacitor trifásico, el golpe de corriente puede llegar a ser 180 veces más grande que el valor nominal de la corriente del capacitor. Una corriente tan elevada puede fluir a través del capacitor desde el inicio, cuando el golpe de corriente llega de la red de alimentación y el capacitor ya se encuentra acti-vado. Un golpe de corriente tan elevado no es deseado ya que puede fundir los ter-minales de los contactos de fuerza del contactor, fabricados para cargas normales. Por esto se recomienda: • Limitar el pico de corriente mediante la instalación de una resistencia de limitación de corriente.• Utilizar un contactor especial para las cargas capacitivas.El funcionamiento del novedoso contactor está adaptado a las exigencias para la conmutación de cargas capacitivas. Los contactores tienen un sistema de tres contactos auxiliares que son conectados primeramen-

Figura 17. Contactor para la maniobra de capacitores.


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te por 2 a 3 milisegundos, ligados en serie con 6 resistencias para la limitación de la corriente en la conexión del capacitor, dos unidades por fase, esto limita la corriente final a un valor que se encuentra dentro de las capacidades de conexión del contactor, luego son cerrados los contactos de fuerza, y son desligados los con-tactos auxiliares, con lo que se corta la corriente por la resistencia limitadora de corriente. De está forma los contactos transmiten el valor nominal de la corriente del capacitor, el cual no sufre ninguna sobrecorriente que pueda dañarlo prematuramente. La potencia de maniobra del contactor siempre debe coincidir con la potencia en KVAR del capacitor a conectar. El rango de los valores nominales del contactor tripolar depende de la marca, los más comunes son de 400 V desde 5 kVAR, 10 kVAR, 15 kVAR, 20 kVAR y 40 kVAR, dependiendo del fabricante.

Finales de carreraSon aparatos destinados a controlar la posición de un dispositivo en una máquina por la posición de la misma máquina. Su aplicación va dirigida a la parada o inversión del sentido del desplazamiento por lo que se convier-ten en dispositivos de seguridad de los equipos y de las personas. Al actuar una fuerza mecánica sobre la parte saliente del interruptor, desplaza los contactos y abre o cierra los circuitos. De acuerdo al tipo de trabajo a reali-zar pueden ser: de pistón, de rodillo, leva con rodillo, etc.

Boya Sirve para el control del nivel de líquidos, comandos de bombas, comandos de electro válvulas y sistemas de alarmas, etc.VentajasEl control es por principio electromecánico, exenta de mercurio.Contactos reversibles: permite el control de nivel superior e inferior.Especificaciones TécnicasCapacidad eléctrica: 250 VCA – 15 A con carga resistiva – ó 1/3 CV.120 VCA – 15 A con carga resistiva.Temperatura de operación: Máximo de 60º CMontajes y ajustes iniciales1) Llenar el reservorio al nivel máximo deseado. Mantenga un margen de seguridad al borde del tanque, para evitar un eventual reboce del agua.2) Colocar la boya en el reservorio hasta que ocurra el accionamiento de la boya, este punto determina el nivel máximo.3) Vaciar gradualmente el reservorio, hasta que la boya sea nuevamente accionada. Este punto determina el nivel mínimo.4) En caso de que sea nuevamente necesario ajustar el nivel mínimo, utilizar el contrapeso, conforme indica la figura. Ciertos tipos de bombas hidráulicas pueden ser dañadas si son utilizadas en vacío (sin agua), siempre se debe tener en cuenta esto.5) Para disminuir el nivel mínimo, el contrapeso debe ser gradualmente alejado de la boya. Para aumentar el nivel mínimo, el contrapeso el contrapeso debe ser gradualmente aproximado a la boya.6) Repetir los pasos 2 y 3 hasta llegar al ajuste ideal, y fijar el conductor en la parte superior del reservorio.7) Para el control de nivel de agua en reservorios inferior, desligamiento en el límite inferior, se desliga en el nivel inferior para que la bomba no trabaje en vacío. 8) Para el control de nivel de agua en tanques elevados, desligamiento en el límite superior, se desliga en el límite superior pues el tanque elevado ya se llena.

Recomendaciones- Para la instalación utilizar siempre contactores y fusibles, de forma que el motor este protegido contra even-tuales problemas originados por la red eléctrica.

Figura 18. Finales de carrera.

Figura 19.

21


- Asegúrese de que la potencia del dispositivo de control sea de la misma capacidad de la boya o menor. En el caso de motores de capacidad mayor al de la boya, es necesaria la utilización de un contactor o de un dispositivo de comando similar.- Este controlador de nivel no es indicado para el control de fluidos inflamables.- No se deben hacer uniones en los conductores de alimentación que eventualmente puedan entrar en con-tacto con el fluido existente en el reservorio.- Para el comando de motores monofásicos se puede usar la boya (ver su potencia) en su circuito de potencia, pero para comandos de motores trifásicos de potencia elevada se debe usar la boya en su circuito de mando.

Aparatos de mandoSon todos aquellos dispositivos que actúan a voluntad del operario. Entre los más importantes figuran: los pulsadores y conmutadores. Estos pequeños aparatos son los principales elementos de cualquier instalación eléctrica industrial que funciona con seguridad.Suelen estar centralizados y situados en la parte más visible de la máquina o en una consola.

PulsadorEs un elemento de conexión y desconexión. Para activarlo hay que actuar sobre él, pero al eliminar la acción que lo ha activado, éste vuelve en forma automática a su posición de reposo. Este retroceso es debido a que el pulsador posee una energía de reposición acu-mulada producida por un resorte. Un ejemplo pueden ser los botones de llamada de los ascensores de un edificio.

Colores para pulsadores, pulsadores luminosos y lámparas de señalizaciónColores para botones pulsadoresColor rojo: se utiliza para orden de parada, desconexión,. emergencia1.Ejemplos de aplicación práctica: 1-Parada de uno o varios motores.2-Parada de unidades de máquina.3-Eliminar del servicio dispositivos de sujeción magnéticos.4-Parada del ciclo (si el operador acciona el pulsador durante un ciclo, la máquina se para después que haya terminado el ciclo del curso).5-¡Parada en caso de peligro! Desconexión por exceso de calorColor verde o negro: Se utiliza para orden de marcha, conexión, pulsatorioEjemplo de aplicación práctica:1- Poner bajo tensión circuitos eléctricos (preparación de de funcionamiento) 2- Arranque de uno o varios motores para preparar funciones auxiliares. 3- Proceder a la marcha de unidades de máquina.4- Poner en servicio dispositivos de sujeción magnéticos.5- Servicio pulsatorio (o pulsatorio para preparación).Color amarillo: Se utiliza para marcha de un retroceso fuera del proceso normal de trabajo o marcha de un

Figura 22. Pulsador.

Interruptor a presión o presostatoEs un interruptor que actúa con la presión de un fluído.

F

NRedMotor

Figura 20.

1 Conexión: La presión de conexión se aumenta al apretar la tuerca del campo 1

2 Desconexión: La presión de desconexión se aumenta al apretar la tuerca del diferencial 2

Si el presostato actúa con demasiada frecuencia (vibración de los contactos) verificar el volumen de aire del depósito de aire. Para un funcionamiento regular, el depósito de aire debe tener una capacidad adecuada.

Presostato

Figura 21.


22

movimiento para, eliminación de una condición peligrosa.Ejemplos de aplicación práctica:1- Retroceso de elementos de máquina al punto de partida del ciclo, en caso de que aún no estuviese acabado. 2- El accionamiento del pulsador amarillo puede retirar de vigencia otra función anteriormente seleccionada.Blanco o azul claro: Se utiliza para toda función en la cual no vale ninguno de los colores anteriores. Ejemplo de aplicación práctica:1- Mando de funciones auxiliares que no dependen directamente del ciclo de trabajo.2- Desenclavamiento (reposición) de relés de contactores.Colores para lámparas de señalización, para indicación de estado de servicioLámpara de color rojo: En estado de servicio normal Ejemplos de aplicación práctica:1- Indicación de que la máquina ha parado por medio de uno de los elementos de protección, por ejemplo, a causa de sobrecarga. 2- Invitación a detener la máquina, por ejemplo, a causa de sobrecarga.Lámpara de color amarillo, o color ámbar: Su estado de servicio es atención o precaución. Ejemplos de aplicación práctica:1- Un valor (intensidad, temperatura) se aproxima a su valor límite aún admisible.2- Señal para el ciclo automático.Lámpara de color verde: Su estado de servicio indica máquina preparada para servicio.Ejemplos de aplicación práctica:1- Máquina lista para marcha.2- Funcionan todos los dispositivos auxiliares necesarios.3- Las diversas unidades se encuentran en la posición de partida, y la presión hidráulica o la tensión de un convertidor tienen los valores prescritos, etc. 4- El ciclo de trabajo ha terminado y la máquina se encuentra preparada para un nuevo arranque.Lámpara de color blanco, sin color: Su estado de servicio indican que los circuitos eléctricos se encuentran en tensión, o servicio normal.Ejemplos de aplicación práctica:1- Interruptor principal en la posición “conectado”2- Elección de la velocidad o del sentido de giro 3- Accionamientos individuales y dispositivos auxiliares están en servicio.4- La máquina está en marcha.Lámpara de color azul: Su estado de servicio indica que es aplicable para otras funciones que no vale para ninguno de los colores ya citados. Colores recomendados para pulsadores luminososColor y tipo de empleo rojo: Se debe evitar utilizar pulsadores luminosos de este color. La función del mismo es indicar parada (no parada de emergencia). Color y tipo de empleo amarillo o ámbar: Su significado, Atención o precaución. Su función es el de arran-que de una acción que debe impedir un estado peligroso naciente.Color y tipo de empleo verde: Su significado Permiso de arranque por el centelleo del pulsador. Su función arranque de la máquina o de elementos de máquina. Se emplea en excitación de mandriles de sujeción o platos de sujeción magnéticos. Color y tipo de empleo azul: Su significado todo lo que no esté incluido en los colores anteriormente men-cionados. Su función igual al significado anterior. Se emplea en funciones auxiliaresColor y tipo de empleo blanco: su significado confirmación permanente de que un circuito se encuentra energizado o que una función o movimiento fue iniciado o preseleccionado. Su función cierre de un circuito eléctrico, o arranque o preselección. Se emplea en proceso de marcha. Con el accionamiento de los elemen-tos de servicio de un aparato de maniobra, debe ser alcanzado clara y rápidamen-te el efecto deseado. Para esta finalidad se han fijado algunas normas en IEC, DIN.

ConmutadorEs un dispositivo de conexión y desconexión mecánico. Está compuesto de dis-tintos elementos de conexión, de un sistema de accionamiento (selector) y del mecanismo de enclavamiento que asegure las diferentes posiciones de mando.Los selectores (rotativos) actúan por un movimiento giratorio que puede dispo-ner de múltiples contactos. El selector es muy adecuado para el arranque manual estrella-triángulo de los motores trifásicos. Figura 23. Conmutador.

23


4. Protecciones de los motores eléctricosDe acuerdo a lo establecido en las normas técnicas y en el Reglamento para Instalaciones Eléctricas de Baja tensión de la ANDE, todo circuito debe estar protegido contra los efectos de las sobreintensidades que pue-dan presentarse en el mismo.Algunas definiciones ayudarán a conocer mejor estos fenómenos:- Sobreintensidad: Es toda corriente superior a la intensidad nominal, la misma puede ser provocada por un cortocircuito o por una sobrecarga.Se entiende por intensidad nominal (corriente de línea) a la intensidad que se indica en la placa técnica del motor.- Cortocircuito: Es la conexión de dos o más puntos de un circuito a través de una impedancia de valor des-preciable. Pude ser voluntario o accidental.Se empieza a considerar cortocircuito cuando la intensidad de corriente es superior a 3In y es cortocircuito pleno a partir de 6In.- Sobrecarga: Es la condición de funcionamiento de un circuito sin defecto, que provoca una sobreintensi-dad. Por ejemplo, el exceso de solicitación mecánica en el eje de un motor con respecto a su potencia útil.La protección contra cortocircuitos se puede efectuar con fusibles calibrados, de adecuadas características de funcionamiento e interruptores automáticos con un sistema de disparo electromagnético.

Para proteger un motor contra los efectos de las sobreintensidades (sobrecargas y cortocircuitos), nor-malmente se utilizan algunas de estas opciones:- Fusibles: Protegen contra sobrecargas de muy larga duración y contra cortocircuitos.- Fusibles y relés térmicos: El fusible protege contra cortocircuitos y sobrecargas intensas, y el relé térmico contra sobrecargas de duración prolongada. Esta opción se utiliza principalmente en la protección de motores.Interruptores automáticos termomagnéticos: Protegen contra sobrecargas y cortocircuitos. El sistema de protección térmico protege contra sobrecargas y el magnético contra cortocircuito.

Relés de protección del motorLos relés de protección se encargan de detectar si hay alguna anomalía en el motor y, si la hay, de dar la señal para que otro elemento del circuito, por ejemplo el contactor, corte la alimentación parando el motor. Según el efecto físico que utiliza el relé para detectar el problema en el motor, tenemos diversos tipos de relés, los más utilizados son: el relé térmico, el relé electromagnético, la combinación de ambos, el relé magnetotérmi-co y el relé falta de fase. Se debe tener en cuenta una cuestión importante: los relés mencionados tienen dos partes, una de potencia, que se conecta en serie con el motor, y un contacto auxiliar que se debe conectar en el circuito de mando para que se detenga el automatismo en cuanto se detecte la falla. Por muy bien que se conecte el relé en serie con su motor, si no se conectan correctamente sus contactos auxiliares en el circuito de mando, se le quemará el motor irremediablemente.

Relé térmicoEstá constituido por una lámina bimetálica, formada por dos metales distintos soldados entre sí. Al ser calen-tada y tener los dos metales diferentes coeficientes de dilatación, se dobla en un sentido, lo que se aprove-cha para accionar el contacto o contactos que actúan sobre la apertura de los dispositivos que realizan la apertura del circuito a proteger. El contacto permane-ce enclavado hasta que no se actúa sobre él. El relé térmico protege al motor contra sobreintensidades debido a sobrecargas y arranques de larga duración. Por ser de accionamiento lento, el relé térmico no pro-tege al motor contra cortocircuitos.Generalmente posee un contacto auxiliar normal abierto NO numerados con 97-98, y un contacto auxi-liar normal cerrado NC numerados con 95-96.

Relé contra falta de faseEl control de protección contra falta de fase supervisa las redes eléctricas en las cuales las fases R, S y T están desfasadas 120º eléctricos. Detecta la falta de una

Figura 24. Relé térmico.


24

R S T N

F1 F2 F3

F21 F22 F23

ReléKFF

KFF

K195

96

13 14LIGA - DESLIGAMOTOR

FR1

Figura 25. Relé contra falta de fase.

Temporizado a la conexiónAl energizarse la bobina (A1-A2) del temporizador, des-de ese instante empieza a contar el tiempo de ajuste en el mismo, transcurrido ese tiempo ajustado, se abren los contactos auxiliares normal cerrado y se cierran los con-tactos normal abierto.

Temporizado a la desconexiónAl energizarse la bobina (A1-A2) del temporizador, en ese ins-tante cambian de posición los contactos auxiliares, el normal ce-rrado se abre y el normal abierto se cierra. Al desenergizarse la bobina empieza a contar el tiempo de ajuste en el mismo, trans-currido ese tiempo ajustado, se abren los contactos que estaban cerrados y se cierran los contactos que estaban abiertos.Estos temporizadores poseen circuitos electrónicos los cuales accionan un pequeño relé. Realmente los extremos A1 y A2 no son extremos de bobinas, éstos van para la fuente que transfor-ma la corriente alterna a corriente continua que polarizan los transistores.

Fusibles de Baja Tensión

A1

A2

NO NC

Figura 26. Temporizado a la conexión.

A1

A2

NO NCFigura 27. Temporizado a la desconexión.

Símbolo

F

Los fusibles protegen de forma barata y efectiva a la línea y a los elementos conectados a ella contra sobrein-tensidades debido a un aumento de consumo de los receptores o a un cortocircuito. En el momento en que aparece una sobreintensidad en una línea durante un determinado tiempo, se funde la parte conductora del fusible interrumpiendo la corriente. Para volver a establecer el circuito hay que cambiar el fusible, una vez solucionado el defecto que lo ha fundido. Hasta hace poco tiempo el fusible consistía en uno o varios hilos de cobre sobre una base de porcelana o baquelita, actualmente el fusible es calibrado para una intensidad y tiempo de respuesta, y protege una instalación e incluso a los relés de protección que haya detrás de los cortocircuitos.

En cuanto a la forma de actuar pueden ser de acuerdo a los diversos criterios: a) Tensión de alimentación: alta o baja tensión.b) Características de interrupción: ultra rápido, rápido y retardado.c) En cuanto a la forma constructiva se clasifican en tipo “D” (diametral) y tipo “NH” (alta capacidad y baja ten-sión), el primero es recomendado para uso comercial (baja corriente de 2 A hasta 63 A) y el segundo para uso industrial (alta corriente).

o más fases y actúa desconectando la carga cuando esta falta ocurre. El neutro también se conecta al relé. Normal-mente se dispone de hasta cinco segundos para que no actúe innecesariamente durante el arranque del motor

Relés de tiempoSon aparatos que cierran o abren contactos, al cabo de un cierto tiempo. Se fabrican para distintos rangos de tiempos, que van desde segundos hasta horas. Cada temporizador lleva un regulador que permite fijar su tiempo de temporización dentro del rango para el que está previsto.

25


Principales tipos de fusiblesEl fusible de alta capacidad de ruptura es el dispositivo de protección que posee mayor velocidad de opera-ción, máximo control de energía liberada en el equipo deteriorado y mayor absorción de energía de falla de todos los dispositivos disponibles a la fecha. En la actualidad la posición del fusible en los sistemas eléctricos de media y baja tensión es sumamente sólida y tal situación, sin ninguna duda, se mantendrá por muchos años. La capacidad de ruptura es la máxima corriente de cortocircuito que el fusible es capaz de inte-rrumpir a la tensión nominal, se indica en kilo Amper (kA).En promedio, el fusible representa al 60% de los dispositivos de protección en su área de utilización, con aplicaciones donde el porcentaje alcanza casi al 100%, como es el caso de la protección de semiconductores de potencia y motores de inducción.Los fusibles de alta capacidad de ruptura se dividen fundamentalmente por la tensión de trabajo, en Baja Tensión, estando la división fijada entre 500 V a 1000 V de corriente alterna.Los fusibles de Alta Tensión se denominan HH (designación proveniente de las iniciales en alemán) o de alto poder de corte.Los fusibles de Baja Tensión, a su vez se clasifican en base a su forma constructiva, denominándose NH, D y cilíndricos, estos dos primeros designados también por sus iniciales en alemán. La principal razón de los distintos tipos, radica en la protección contra choque eléctrico y por ello del “grado de protección”, siendo los fusibles NH debido a su alto riesgo potencial, diseñados sólo para ser manipulados por persona capacitada.El término capacitada, indica dos acepciones, instruido y experto. Instruido es una persona adecuadamente aconsejada y/o supervisada a fin de evitarle riesgo de accidente eléctrico; en cambio experto, es definido como persona con conocimiento técnico o suficiente experiencia que lo habilita para evitar los riesgos que puede crear la energía eléctrica.

a) Fusible tipo NH (Niederspannungs Hochleistungs)Este tipo de fusible de alta capacidad de ruptura y de baja tensión, se fabrica en siete tamaños, 00, 0, 1, 2, 3, 4 y 4a, con corrientes nominales desde 2 A hasta 1.000 A (dependiendo del fabricante), todos con una tensión nominal de 500 V. Su capacidad de ruptura alcanza los 120 kA. Este tipo de fusible necesita de la manija extractora a fin de permitir su colocación y retiro en forma segura para el operador. El manipuleo de esta manija no es para personal inexperto, ya que la manio-bra debe hacerse con firmeza y rapidez. Lo utilizado en la protección de circuitos de motores son de acción retardada. Entre cada base de estos fusibles se debe colocar una separadora que viene normalizada para cada tipo de base. Para la extracción y colocación de estos tipos de fusibles se hace con el “Puño saca fusible”.

b) Fusible Tipo D (Diazed)Los fusibles tipo D son especiales para aplicaciones de menor potencia y corriente que los NH, son fa-bricados para tensiones nominales de 500 y 380 (o 400) V, respectivamente, con corrientes variables se-gún el tipo, desde 2 A hasta 63 A. Estos fusibles po-seen los tamaños DI, DII, DIII, DIV. La diferencia fun-damental entre el NH y el D se refiere a la seguridad personal. Los distintos tamaños y subtipos poseen corrientes nominales superpuestas en los extremos del rango, para facilitar el reemplazo y permitir el crecimiento del sistema y de las cargas. Las capaci-dades de corte se encuentran comprendidas entre 50 y 80 kA. Lo utilizado en la protección de circuitos de motores son de acción retardada.

Tipo NH Placa separadora

Puño saca fusible

Base fusible

Figura 28. Fusible tipo NH.

BaseTornillo

de ajuste

Fusible Tapa

Llave para tornillo de ajuste

Anillo de protección

Figura 29. Fusible tipo D.


26

c) Fusible CilíndricoSu difusión en nuestro medio es poco frecuente, disponiendo de los tamaños y corrientes nominales indicados a continuación: 8,5 x 31,5 mm (diámetro de los contactos y largo total), 1-20-25* A; 10,3 x 38 mm, 0,5-20-25*-32* A; 14 x 51 mm, 2-25-32*-35*-50* A y 22 x 58 mm, 16 – 80-100* A. (* no normalizados). La capacidad de interrupción es del mismo orden que el tipo anterior, 50 a 120 kA. Se fabrican del tipo retardado (protección de circuito de motores), y ultrarápido (uso en electrónica).

Indicador o percutorLos fusibles de baja tensión poseen un indicador de operación, cuya función es poner de mani-fiesto en una forma fácil del dispositivo fusible. Los fusibles tipo D disponen de un disco colo-reado, están relacionados con la corriente nominal del dispositivo, dando una indicación de la corriente nominal sin necesidad de extraerlo de la base, disminuyendo así el trabajo de reem-plazo y por ende el riesgo de accidente, el cual es expulsado por un pequeño resorte cuando el fusible opera. En el caso de los fusibles NH, el indicador es capaz de realizar un pequeño trabajo mecánico cerrando o abriendo un microcontacto, el cual está montado sobre el mismo fusible, requiriendo su reinstalación al cambiar el fusible. Tal accesorio es de considerable aplicación en el caso de proteger semiconductores, donde se emplean usualmente fusibles en ramas en paralelo, por lo que se nece-sita conocer el estado de conducción de las distintas ramas.

Clases de fusiblesLa aplicación específica de los tipos de fusibles citados previamente se indica con la denominada clase de operación. El conocimiento del significado de la clase de los fusibles es imprescindible a fin de lograr una utilización correcta de los mismos.

Letras que designan el tipo de fusible:Primera letra:g: De uso general, capaz de cortar todas las intensidades de corriente desde su valor convencional de corriente nominal a 1,6 In; hasta su valor de corriente de ruptura.a: Capaz de cortar las intensidades de corriente nominal desde 3 a 4 In, hasta su poder de ruptura.

Segunda letra:G: De uso general.M: De protección de aparatos de maniobras y motores.R: De protección de circuitos con semiconductores.B: De uso en minería.C: De protección a Capacitores. No normalizado.Tr: De protección completa de Transformadores.

Ejemplos1. Tipo aM: Se denominan de acompañamiento, cuya respuesta de disparo es ocho veces la intensidad en la cual fue calibrado el fusible, en un segundo. Este fusible es empleado para la protección de motores eléc-tricos, pues éstos en el momento de arranque pueden absorver entre 4 y 6 veces la intensidad nominal del motor hasta cinco segundos. (In: corriente nominal del fusible). 2. Tipo gL: De uso general, para protección de conductores y dispositivos de maniobra en general; accionamiento de limitación entre 4-8 In, accionamiento por sobrecarga en el orden de corrientes mayores a 1,6 x In.3. Tipo gF: Son fusibles rápidos, cuya respuesta de disparo es de 2,5 In veces en la cual fue calibrado el fusible, en un segundo. Este fusible es empleado para la protección de redes de distribución con cables aislados para los circuitos de iluminación.

Especificación de los fusiblesEn el pedido del fusible se debe tener en cuenta los siguientes datos :1. Tipo de Fusible (NH, D o cilíndricos).2. Corriente nominal y tensión de servicio.3. Capacidad de ruptura.4. Característica del fusible (retardado, rápido).5. Base del fusible: a) Para fusible NH: tipo de base, b) Para fusible tipo D: base, tapa, tornillo de ajuste, anillo de protección y fusible.

Figura 30. Fusible Cilíndrico

27


c) Para fusible cilíndrico.

Principales definiciones referentes a fusiblesLas características nominales de los fusibles se dan en forma de curvas de respuesta, las cuales muestran relaciones entre tres valores nominales, dos de ellos en los ejes y un tercero como parámetro.

A continuación se definen los valores nominales que deben conocerse:- Corriente nominal: corriente que puede circular por el fusible en forma permanente sin producir su ope-ración, ni elevación de temperatura mayor que la admisible (usualmente entre 65 y 70 °C) ni envejecerlo o apartarlo de su característica de operación. En otras palabras, es la corriente de servicio del fusible, la cual no lo altera ni modifica en lo más mínimo.- Corriente presunta: Es la corriente de cortocircuito que se produciría en el lugar de instalación del fusible cuando se lo reemplaza por una barra de impedancia nula.- Capacidad de ruptura: Es la máxima corriente de cortocircuito que el fusible es capaz de interrumpir a tensión nominal. - Tiempo de operación: Es el tiempo que tarda el fusible en interrumpir la corriente de falla. Como los ensayos para determinar estos valores son destructivos y además los fusibles no son siempre exactamente iguales, los valores de la curva característica corriente – tiempo poseen una tolerancia que usualmente es del orden del 5 al 10 % en términos de corriente.- Tensión nominal: Es la tensión de trabajo, para la cual está definida la capacidad de ruptura, generando en la operación una sobretensión acorde a tal valor de trabajo.

Curvas característicasLa curva característica más usada es la siguiente:1. Corriente presunta – tiempo de operaciónBrinda la información del tiempo que tardará en operar el fusible en función de la corriente de falla. Por razones de facilitar la lectura de valores los dos ejes están expresados en coordenadas logarítmicas. En la figura 31 se muestra la curva de corriente-tiempo de al menos una veintena de fusibles de distintas corrientes nominales. La curva que corresponde a una corriente nominal de 35 A, indicando que el tiempo de operación es de 1 segundo cuando la corriente falla es de 200 A, o de 0,03 segundos (30 milisegundos) si la intensidad de perturbación alcanza los 500 A.

Figura 31.

Tiem

po d

e fu

sión

virt

ual (

Segu

ndo)

Tiempo-Corriente

Tolerancia 5% de corriente* Curva tiempo-corriente para fusibles NH, partiendo de un estado no precalentado por carga. Corriente en A (valor eficaz)

CURVA CARACTERISTICA “NH”


28

Reemplazo del fusible por otro dispositivo interruptorLos fabricantes y vendedores de interruptores termomagnéticos han iniciado una fuerte campaña tendiente a reemplazar al fusible por el mencionado dispositivo, basándose en la simple comparación de las características nominales de los dispositivos citados. En la actualidad la campaña ha incrementado su agresividad, pudiendo encontrar en las revistas técnicas expresiones que condicen más con una guerra que con campañas comerciales, tachando al fusible como un elemento obsoleto, lo cual está muy lejos de la verdad. Realmente los campos de aplicación de los dispositivos enfrentados son bastante diferentes, existiendo sólo una pequeña porción donde ambos tipos realmente podrían competir.

Por ello, el reemplazo indiscriminado puede traer aparejado consecuencias serias, ya que en el análi-sis para el reemplazo que sólo se hace comparando corrientes y tensiones nominales, deben también considerarse los siguientes aspectos:- Costo de reemplazo.- Velocidad de operación.- Necesidad de mantenimiento.- Requerimiento de fuentes auxiliares.- Capacidad de ruptura.- Nivel de limitación de la energía específica.- Nivel de control de los picos de corriente.- Forma de las curvas características.- Pérdidas y elevación de temperatura.- Confiabilidad.Obviamente no se pueden negar algunas de las capacidades que poseen los interruptores termomagnéticos moder-nos, que no disponen los fusibles, como: facilidad de modificar la curva característica, comunicación entre dispositi-vos, almacenamiento de los datos de la falla, etc., capacidades que se logran sacrificando la lista dada previamente.

Podemos como ejemplo citar las siguientes tareas:- Los interruptores termomagnéticos no poseen ve-locidad de operación suficiente para evitar el daño de los semiconductores de potencia, el control de esfuerzos electrodinámicos dado por un interruptor no puede evitar la distorsión del bobinado de un transformador frente a un cortocircuito en bornes.- Permitir severos ciclos de arranques de motores y actuar rápidamente frente a cortocircuitos, etc.Tareas que si cumple perfectamente el fusible de alta capacidad de ruptura.

Disyuntores TermomagnéticosLas características más importantes son:1. La corriente nominal2. La tensión de trabajo.3. La capacidad de ruptura. 4. Los límites de regulación (si los tiene).5. El número de polos.

TiposTipo H (B): Dispara para 2-3 veces la corriente nomi-nal. Usados en los circuitos de control.Tipo L (C): Dispara para 3-5 veces la corriente nomi-nal. Usados en la protección de conductores.Tipo G (D): Dispara para 8-12 veces la corriente nominal. Usados en la protección de transformadores y motores, pues soportan las elevadas co-rrientes de arranque.

Interruptor automático de motor (guardamotor)El interruptor automático de motor sirve para maniobrar y proteger al motor contra sobrecargas. Ver figura 33 y figura 34.

1 2 4 6 8 10 20 40 100veces la intensidad nominalFigura 32.

Sobrecarga desconexión térmica

Zona mixtadesconexión térmica o magnética

B C D

5 3 12

Curva característica de los disyuntores termomagnéticos24012060

10

1

10

1

100

10

Tiem

po d

e di

spar

o

Mili

segu

ndos

Seg

undo

s

Min

utos

Figura 33.

29


Características:- Sensibilidad contra la falta de fase y compensación de temperatura.- Permite adicionar varios bloques de contactos auxilia-res y disparadores con señalización.- Permite el montaje sobre rieles DIN de 35 mm para to-dos los rangos de ajustes.- Posibilidad de instalación en caja saliente y en caja em-butida.Algunos datos técnicos:Vida útil: 100.000 maniobras. Frecuencia máxima de maniobras: 40 maniobras por hora. Tiempo de apertura: 7 milisegundos.

Curva característica del interruptor automático del motor (guardamotor)

Figura 34.

Curva 1: Disparo térmico, funcionamiento con tres polos.Curva 2: Disparo térmico diferencial (partiendo de estado frío), funcionamiento con dos polos.Observación: Tiempo de disparo en función del múltiplo de la corriente ajustada a frío. En caliente (temperatura bajo corriente nominal de ser-vicio) los tiempos se reducen a 25% para el disparador térmico del interruptor automático.

5. Arranque de motores trifásicos de inducciónTipos de arranque de motores de inducción, con rotor tipo jaula de ardilla1. Arranque a tensión plena (o directo)En este tipo de arranque se le aplica directamente al motor la tensión nominal de trabajo, que debe coincidir con la tensión de la red eléctri-ca. Se utiliza en motores de hasta 5 HP.2. Arranque a tensión reducidaEn este tipo de arranque se le aplica al motor primeramente una ten-sión menor a la nominal de trabajo durante un corto tiempo, pasado este tiempo se le aplica la tensión nominal de trabajo. Existen dos tipos:2.1 Arranque estrella-triángulo: Se utiliza en motores de 5HP a 20 HP.2.2 Arranque compensado: Se utiliza en motores mayores a 20 HP.3. Arranque suave o arranque electrónicoEste tipo de arranque es programado de acuerdo a las características de la máquina que mueve el motor. Se puede utilizar para cualquier tipo de potencia.Su inconveniente es el alto costo, es rentable a partir de 70 HP aproxi-madamente.

Para esquematizar los arranques de los motores se deben realizar dos circuitos:a) Circuito de fuerza: En este esquema se reflejan todos los elementos y conductores por los que pasa la corriente que alimenta al circuito objeto de maniobra (motores, conjunto de resistencias, conjunto de lámparas, etc.), se indican fusibles, seccionadores, contactos de fuerza del contac-tor, relé térmico, motor, etc.b) Circuito de mando: En este esquema se indican los circuitos electro-magnéticos de los contactores, contactos auxiliares y todo aparato que intervenga en la maniobra de la carga, que pueden ser: temporizador, pulsador, contador, señalizadores, contactos auxiliares del relé térmico, etc..

Arranque directo a plena tensiónEste es el sistema de arranque más sencillo empleado para los motores con rotor en jaula de ardilla. Consiste en aplicarle al motor la plena tensión de la red, bien sea por medio de un interruptor manual o un contactor, tal como se comprueba en la figura 35.

Figura 35. Arranque directo por contactores de un motor asíncrono trifásico.

R S T

F1

K

FR1

M 1 2 3

6 5 4


30

El motor arranca con una gran punta de intensidad (larr = 4 a 6 In), pero el par de arranque (sobretodo en los motores de doble jaula de ardilla) es muy superior al par normal (Ca = 1,5 Cn), permitiendo el arranque rápido de una máquina, incluso a plena carga. In= corriente nominal del motor. Iarr= corriente de arranque del motor.

Funcionamiento (figura 36)En condiciones iniciales sin pulsar S1, la lámpara de parada H2 se enciende pues recibe la tensión a través del contactor normal cerrado 21-22 K1. Pulsando S1,se energiza la bobina A1-A2 del contactor K1, cerrán-dose en éste sus contactos de fuerza energizándose las bobinas del motor y su contacto auxiliar 13-14 se cierra, y se abre el contacto auxiliar 21-22, apagándose la lámpara H2 de parada. Al soltar el pulsador S1 la bobina siempre queda bajo tensión a través de los contactos 13-14 (denominado contacto de retensión). Al abrirse el contacto auxiliar 21-22 se apaga la lámpara señalizadora de parada. Como también se tiene una lámpara señalizadora en paralelo con la bobina del contactor, ésta se enciende y nos indica la marcha del motor (lámpara H1). Si deseamos detener al motor debemos pulsar el pulsador S0 (pulsador normal cerra-do-color rojo), luego se abre el circuito y se desenergiza la bobina A1-A2, después se abre el contacto auxiliar 13-14, que estaba cerrado y se cierra el contacto auxiliar 21-22 que estaba abierto, por tanto se vuelve a encender la lámpara de parada H2. En caso de falla del motor por sobrecorriente prolongada, los contactos normal cerrado 95-96 del relé térmico se abren, desenergizando instantáneamente la bobina del contactor K1, luego se abren sus contactos de fuerza y se interrumpen las tensiones en las bobinas del motor y éste se detiene inmediatamente. Al mismo tiempo los contactos normal abierto 97-98 del relé térmico se cierran, y se enciende la lámpara señalizadora H3 de falla por sobrecorriente.

Dimensionamiento del contactorEl contactor se dimensiona por la corriente o potencia del motor y teniendo en cuenta las otras característi-cas ya citadas. Categoría de servicio AC3.

R S T

F1 F2 F3

L1 L 2 L3

T1 T2 T3

FR1

K1

R

F4

FR195

96

S0

S1

FR1

97

98

13

14

K1 K1

21

22

K1A1

A2

Arranque Parada Falla

M3

N

Circuito de fuerza Circuito de mando

Figura 36. Arranque directo, esquema de fuerza y mando.

31


Regulación del relé térmicoEl relé térmico se regula a la corriente nominal del motor. Previo al conexionado, se deben dimensionar los com-ponentes como ser: contactores, fusibles, cables, relé térmico etc., para el buen funcionamiento del arranque.

Ventajas1- Se puede comandar el motor a distancia. 2- No es afectado por cortes de corta duración (pestañeo) en la red, pues al menor pestañeo el motor se detiene. 3- Se pueden colocar todas las protecciones que uno desee.

Lista de materiales- Tres fusibles de fuerza tipo retardado (F1, F2, F3) con sus bases respectivas.- Un fusible de mando tipo rápido (F4) con su base respectiva o disyuntor TM.- Un contactor con 1 NC y 1 NO.- Un relé térmico.- Un pulsador de parada, normal cerrado (color rojo).- Un pulsador de arranque, normal abierto (color verde).- Tres lámparas de señalización (optativo).- Cables para conexión de circuito de fuerza (mínimo 4 mm2).- Cables para conexión de circuito de mando (mínimo 1 mm2).- Tablero metálico de 25x30 cm.- Otros materiales: Riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

Arranque directo con inversión de giroPara invertir el sentido de giro de un motor trifásico de inducción se debe intercambiar una fase que ali-menta al motor con otra fase.Se usa en cintas transportadoras, montacargas, ascensores.

Funcionamiento (figura 37)Por el esquema vemos que cuando pulsamos marcha S1 se excita la bobina del contactor K1, con lo cual se cierra su contacto y el motor se pone en marcha en un sentido de giro. Al mismo tiempo se cierra su contacto auxiliar de reten ción (13-14), y dejamos de presionar el pulsador de marcha S1, la bobina recibe tensión a través de dicho contacto auxiliar (13-14). Como al excitarse el contactor K1 también se abre el contacto de enclavamiento (K1, 21-22), aunque ahora se pulse marcha S2 no puede llegar a excitarse la bobina del contactor K2. Para detener el motor no hay más que pulsar parada S0, para que la bobina del contactor K1 se desenergice y el contactor abra sus contactos princi-pales, lo mismo que pasaría si debido a una sobrecarga actúa el relé térmico de protección FR1 y abre su contacto (95-96), y se cierra el contactor auxiliar 95-98 encendiéndose la lámpra H3 indicadora de falla por sobrecarga. Una vez parado el motor, si se quiere arrancar en el otro sentido de marcha, no hay más que pulsar marcha S2, con lo cual se excita la bobina del contactor K2; éste cierra sus contactos y el motor se pone en marcha. El sentido de giro será ahora dis tinto del anterior, debido a que este contactor cambia las entradas de las fases R y T en su llegada al motor. En este caso el contacto auxiliar de enclavamiento, que ahora impide la conexión del contactor K1, es el (K2, 21-22). Para detener el motor igual que en el caso anterior se pulsa parada S0.

Dimensionamiento del contactorEl contactor se dimensiona por la corriente o potencia del motor y teniendo en cuenta las otras carac-terísticas ya citadas. Categoría de servicio AC4.

Regulación del relé térmicoEl relé térmico se regula a la corriente nominal.

Lista de materiales- Tres fusibles de fuerza tipo retardado (F1, F2, F3) con sus bases respectivas.- Un fusible de mando tipo rápido (F4) con su base respectiva o disyuntor TM.- Dos contactores con 2 NO y 1 NC.- Un relé térmico.- Un pulsador de parada, normal cerrado.- Dos pulsadores de arranque, normal abierto.- Tres lámparas de señalización (optativo).


32

Figura 37. Arranque directo con inversión de giro, esquema de fuerza y mando.

Circuito de fuerza

380 V/220 V-50 HzRST

F1 F2 F3T

1 3 5

2 4 6

1 3 5

2 4 6

1 3 5

2 4 6

K2K1

FR1

M3

Circuito de mandoR

F4 220 V-50 Hz

95

96 98

FR1

S0

S1

K2

K1

K1 K1

K2H1 H2 H3

21

22

K113

14

21

22

A1

A2

X1

X2

13

14

S213

14K2

21

22

13

14

33

34K2

A1

A2

X1

X2

X1

X2

13

14

33


- Cables para conexión de circuito de fuerza (mínimo 4 mm2).- Cables para conexión de circuito de mando (mínimo 1 mm2).- Tablero metálico de 25x30 cm.- Otros materiales: riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

Arranque de motores trifásicos con tensión reducidaSi un motor trifásico de corriente alterna, de potencia superior a los 5 HP, parte a tensión plena, puede oca-sionar caída de tensión en el sistema de distribución, provocando daños a los equipos instalados en dicho sistema. Para evitar este inconveniente, los motores de potencia superior a 5 HP deberán tener sus arranques de manera tal que la caída de tensión en la red se mantengan en niveles admisibles. Los sistemas de partidas de motores más utilizados para satisfacer lo anterior son:a) Arranque estrella-triángulo.b) Arranque compensado.

Ejemplo: Considerando que la intensidad de arranque de la mayoría de los motores puede llegar hasta 7 veces más que la corriente nominal, si tenemos, por ejemplo un motor de 10 HP, 220/380V, fp=0,70 y rendi-miento de 0,72 que es conectado a una red de 220/380 V, la intensidad de la corriente de arranque está dada por la siguiente fórmula:

Pot. Mecánica Inom = -------------------------- √3 x V x Cosφ x η

10 x 746Inom = ------------------------------ = 22,5 A √3 x 380 x 0,70 x 0,72

Iarr. = 7 x Inom. Iarr. = 7 x 22,5 = 157,5 A

Esta sobreintensidad que se produce durante el arranque, que puede durar algunos segundos, es suficiente para que la red que alimenta este motor sufra una caída de tensión, que puede afectar a otros aparatos conectados a la misma red. En cambio, si para el arranque de este motor, se utiliza el esquema estrella-triángulo, la intensidad de corriente en el momento de arranque se reduce a 1/3 de la corriente del arranque directo.Arranque estrella - triánguloLas características que debe poseer el motor para hacer este tipo de arranque son:a) La potencia del motor debe estar comprendida entre 5 HP a 20 HP. b) Tener la característica de tensión 380 / 660 Volt.c) Tener accesible las tres bobinas, o sea el motor debe tener seis salidas en la bornera.Este arranque es utilizado cuando no es necesario alto torque en la partida, es decir, cuando arranca prác-ticamente sin carga (en vacío).

Funcionamiento del esquema estrella-triángulo automático (figura 38)Al pulsar el botón S1, se energizan las bobinas del contactor K3 y del relé de tiempo KT (columnas 1 y 2); en ese momento se cierran los contactos principales de K3 y son cortocircuitados los terminales 4, 5 y 6 del motor, realizándose así la conexión estrella. A través de los contactos auxiliares de K3, (columnas 2 y 3) es energizada la bobina del contactor K1 y que a su vez se mantiene energizada a través de su con-tacto auxiliar (columna 4), permitiéndose que al soltar el botón S1 permanezcan energizadas también las bobinas de K3 y KT, (en la columna 5 la bobina del contactor K2 continua desconectada, pues la bobina del contactor K3 está energizada, por tanto, su contacto auxiliar K3 11-12 está abierto); en ese momento, el motor recibe la tensión de la red a través de los terminales 1, 2 y 3, mediante el cierre de los contactos principales del contactor K1. El motor entra funcionando en estrella. El relé de tiempo KT, después de un lapso predeterminado, abre su contacto normal cerrado KT 15-16 (columna 1) y, además de desconectarse, también desconecta la bobina del contactor K3. En este momento, el conexionado estrella se deshace. La bobina del contactor K1 continua energizada (mediante su contacto auxiliar de retención K1 13-14 de la columna 4). Cuando se desenergiza la bobina del contactor de K3 su contacto auxiliar (columna 5) vuelve a la posición cerrada, permitiendo la energización de la bobina del contactor K2, que cierra sus con-tactos principales y el auxiliar K2 (en la columna 6), y se enciende la lámpara H1 que indica el fin del proceso de partida. Sí por algún motivo dispara el relé térmico FR1, se enciende la lámpara H2 (columna 7). Ahora están energizadas las bobinas de los contactores K1 y K2, y el motor funciona en la conexión triángulo. El contacto de K2 (columna 1) fue colocado para evitar que, después del proceso de partida, ésta venga a reiniciarse sin desconexión previa del motor. Para desconectar en cualquier momento, basta pulsar el botón S0 y todo volverá a la posición inicial.

∆ Y


34

Figura 38. Arranque estrella-triángulo, esquema de fuerza y mando.

12

3

64

5

L= Contactor de línea (K1).∆= Contactor de conexión triángulo (K2).Y= Contactor de conexión estrella (K3).

Circuito de fuerza

Circuito de mando

380 V - 50 HzRST

1 3 5

2 4 6

K1

FR1

M3

RF4 220 V-50 Hz

95

96 98

FR1

S0

S1

K2

K113

14

F1 F2 F3

1 3 5

2 4 6LK2

1 3 5

2 4 6K3

∆ Y

1 3 5

2 4 6

K2KT

K3 KT K1 K2 H1 H2

A2 A2 A2 A2 X2 X2

A1

11

12K3

K3 K3 K1 K1 K211

12

11

1215

16

A1 A1 A1 X1 X1

13

14

13

14

33

34

33

34

N1 2 3 4 5 6 7

35


Dimensionamiento de los contactoresEl contactor en estrella (K3) se dimensiona por la corriente nominal del motor dividido por 3.IK3 = IY = Inom. / 3Los contactores de Línea (K1) y de Triángulo (K2) se dimensionan por la corriente nominal del motor dividido por √3 . IK2 = I∆ = Inom. / √3IK1 = IL = Inom. / √3

La categoría de servicio es AC3.

Regulación del relé térmico: “El relé térmico siempre se regula a IRT = Inom. / √3

Lista de materiales- Tres fusibles de fuerza tipo retardado (F1, F2, F3) con sus bases respectivas.- Un fusible de mando tipo rápido (F4) con su base respectiva o disyuntor TM.- Un contactor K1 con 2 normal abierto y 1 normal cerrado.- Un contactor K2 con 1 normal abierto y 1 normal cerrado.- Un contactor K3 con 1 normal abierto y 1 normal cerrado.- Un temporizador de 0-20 segundos con 1 NC. Temporizado a la conexión.- Un relé térmico.- Un pulsador de parada, normal cerrado (color rojo).- Un pulsador de arranque, normal abierto (color verde).- Dos lámparas de señalización.- Cables para conexión de circuito de fuerza.- Cables para conexión de circuito de mando (mínimo 1 mm2).- Tablero metálico de 30 x 35 cm.- Otros materiales: Riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

RSTN

U

R

Z

V

SX

T

W

Y

Llave Y - ∆

∆ Y O

Línea220/380 V

Figura 39. Esquema de llave manual de arranque estrella-triángulo.

Bornera del motor

Método para conectar una llave estrella-triángulo manual rotativaPrimer paso: Se conectan los nueve conductores en la llave estrella- triángulo, separando los tres conductores que servirán para la alimentación a la línea (RST).Segundo paso: Sin conectar aún la línea de alimentación y con la ayuda de un téster (en la posición de óhmetro), ubicar la llave en la posición estrella y conectar una de las puntas del téster a uno de los seis conductores del motor (no los conductores de la línea) y buscar la continuidad entre tres conductores, y luego conectar estos conductores a los tres bornes de arriba de la bornera del motor (1, 2 y 3).Tercer paso: Ubicar la llave en la posición triángulo y conectar la punta del téster a uno de los conductores ya conectado a los bornes del motor y con la otra punta, buscar entre los tres conductores sobrantes, con la ayuda

1 2 3

6 4 5


36

de continuidad, una vez hallado este cable, conectar al borne ubicado abajo verticalmente de la punta del téster.Cuarto paso: Cambiar la punta del téster al otro borne vecino, y repetir la operación anterior (paso tres), luego siguiendo la misma operación al último borne. Una vez finalizada esta operación, poner esta llave en la posición desconexión y conectar a la línea a través de su correspondiente protección, y se prueba el arranque del motor .Se debe observar, que dependiendo de la potencia del motor, la llave quede de 3 a 5 segundos máximo en la posición estrella. En la figura de arriba se puede observar el conexionado de una llave estrella-triángulo manual del tipo rotativo.

Esquema de arranque compensadoEl esquema de arranque compensado es empleado para reducir la elevada corriente de arranque de un motor, aliviando a la red eléctrica y evitando una excesiva caída de tensión que puede causar perturbaciones indesea-bles en el funcionamiento de otros equipos eléctricos. La tensión de arranque de los motores es reducida a través del autotransformador, generalmente suministrado con taps (salida del autotransformador) de 65% y 80%. Este esquema permite reducir la tensión y mejorar las condiciones de partida y aún más, una reducción de la corriente de partida en los casos de arranques más pesados, en el que un esquema estrella-triángulo ya no sería recomen-dable.

Funcionamiento (Figura 40)La conexión a la red de alimentación se realiza cuando el botón pulsador S1 acciona el relé temporizador KT, y energiza la bobina del contactor K3. En este momento, se realiza un conexionado estrella del auto-transformador. El contacto auxiliar 13-14 (columna 3) del contactor K3, energiza la bobina del contactor K2, en ese instante se energiza al autotransformador y en esta condición, el motor arranca con tensión reducida. Obsérvese que el contacto 11-12 de K3 (columna 5), abre y evita la energización de la bobina del contactor K1. La bobina del contactor K3 se mantiene energizada a través de su contacto auxiliar 13-14 (columna 3) y el contacto de K2 13-14 (columna 4) y el contacto 1-2 de KT.La bobina del contactor K2 se mantiene igualmente energizada mediante su contacto 13 -14 (columna 4) y el contacto 11-12 (columna 3), del contactor K1 desenergizado. Transcurrido el tiempo preestablecido en el relé temporizador, se realiza la conmutación, cambiando de posición el contacto auxiliar 1-2 (columna 1) del contactor KT, o se abre este contacto auxiliar normal-cerrado. En este instante, la bobina del contactor K3 se desenergiza, y el contacto 11-12 (columna 5) se cierra y por consiguiente, la bobina del contactor K1 se energiza mediante el contacto 13 -14 de K2 (columna 4). En este momento, se cierran los contactos princi-pales de K1 y el motor opera con plena tensión. Al energizarse la bobina del contactor K1, ella se mantiene en esa condición mediante su contacto 13-14 (columna 5) y se abren sus contactos 11-12 (columna 3) y 15-16 (columna 1) impidiendo que las bobinas de los contactores K3 y K2 sean energizadas nuevamente. Para interrumpir la operación del motor, basta con pulsar el botón S0 y volverá a la misma situación inicial. El relé térmico FR1 posee un contacto en la columna 1, que puede desconectar el motor en caso de funcionamiento en condiciones de sobrecarga. La lámpara H2 de la columna 7 señalará el disparo del relé térmico FR1.

Ventajas del arranque compensadoa) Al pasar de la tensión reducida para la tensión plena o de la red, el pico de corriente es bastante reducido, debido a que el autotransformador por poco espacio de tiempo se vuelve una reactancia.b) Partida de carga con alta inercia, como bombas, ventiladores u otras máquinas que demoran para alcanzar su velocidad nominal.c) Puede ser utilizada aún para motores con tensión nominal en triángulo de sólo 380V, (en el caso del esque-ma de arranque estrella - triángulo, la tensión del motor debe ser de 660/380V).

Desventajas del arranque compensadoa) La reducción de la corriente es ajustada conforme el tap utilizado en el autotransformador.b) Gran volumen o tamaño del tablero debido al autotransformador.c) Mayor costo.

Datos para pedido de autotransformador trifásico- Potencia o corriente del motor a ser conectado a él.- Número de arranques por hora del motor. - Valores de los tap de salida.- Valor de la tensión de la red eléctrica.

Dimensionamiento de los contactoresEl contactor K1 se dimensiona por la corriente nominal del motor.IK1 = Inom.

37


Figura 40. Arranque compensado, esquema de fuerza y mando.

100%80%65%

0%

Circuito de fuerza

Circuito de mando

380 V - 50 HzRST

K1

FR1

M3

RF4 220 V-50 Hz

95

96 98

FR1

S0

S1

K1

13

14

F1 F2 F3

1 3 5

2 4 6K2

1 3 5

2 4 6

K3

K2KT

K3

K1

K2 H2

A2 A2 A2 A2 X2

K3

K3 K1

K1

K2

11

12

15

16

X1

1 2 3 4 5 6 N

1 3 5

2 4 6

2 4 6

1 3 5

11

12

11

12

13

14

13

14

KT

A1 A1 A1 A1


38

El contactor K2 se dimensiona por:IK2 = A2x Inom. Donde A corresponde al tap de mayor valor; A = 0,80.El contactor K3 se dimensiona por:IK3 = B x (1-B) x Inom. Donde B corresponde al tap de menor valor; B = 0,65.Regulación del relé térmico: El relé térmico se regula a la corriente nominal del motor.

Lista de materiales- Tres Fusibles de fuerza tipo retardado (F1, F2, F3) con sus bases respectivas.- Un Fusible de mando tipo rápido (F4) con su base respectiva o disyuntor TM.- Un Contactor K1 con 1 Normal abierto y 2 Normal cerrado.- Un Contactor K2 con 1 Normal abierto.- Un Contactor K3 con 1 Normal abierto y 1 Normal cerrado.- Un Temporizador de 0-20 Segundos con 1 NC. Temporizado a la conexión.- Un autotransformador trifásico para arranque compensado.- Un Relé Térmico.- Un Pulsador de Parada, Normal Cerrado. (color rojo)- Un Pulsador de Arranque, Normal Abierto. (color verde)- Una Lámpara de Señalización.- Instrumentos de medición: Amperímetro, Voltímetro, Cosfímetro (optativo).- Cables para conexión de circuito de fuerza.- Cables para conexión de circuito de mando (mínimo 1 mm2).- Tablero Metálico de 60x85 cm.- Otros materiales menores: Riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

Como estos motores son de elevada potencia se pueden colocar en el tablero instrumentos de medición como: - Amperímetro, con selector amperométrico.- Voltímetro, con selector voltimétrico.- Y otros instrumentos que pida el fabricante.

Guardamotor tripolar en red monofásicaComo solo se fabrican con-tactores y relé térmicos tri polares, para la protección de motores monofásicos contra sobrecargas de acción prolon-gada, se debe hacer circular la corriente del motor por los tres elementos del relé térmi-co. Si no se hace esto el relé cortaría el circuito de mando por no circular corriente por uno de sus contactos (falta de corriente en una de las fases). El circuito de mando es el mismo al utilizado en el arranque directo.Regulación del relé térmico: El relé térmico se re-gula a la corriente nominal del motor.IRT = Inom.

FuncionamientoLa línea de fase, F1 fusible inter-calado, accede directamente al

F1 F2

S0

K1

M1

FR1

1 3 5

2 4 6

H1

X2 X1

220 V-50 HzR

N

1 3 5

2 4 6

S1

13

14

21 22 13 14

95

96 98

A2

A1

Figura 41. Guardamotor tripo-lar en red monofásica, esque-ma de fuerza y mando.

Esquema de fuerza y mando.

39


borne 1 de potencia del contactor K1.La línea del neutro, se conecta al borne 3 del contactor, que por medio de un puente entre los bornes 4 y 6 del relé térmico FR1, el neutro adquiere continuidad en el borne 5 del contactor, para posteriormente realizar el conexionado en el borne del motor.Al pulsar S1, se energiza la bobina del contactor K1.Al soltar S1, la bobina se mantiene energizada mediante el enclavamiento del contacto auxiliar (13-14) del contactor; así se pone en marcha el motor.Al pulsar S2, se desenergiza la bobina, el contactor desconecta sus contactos de potencia y auxiliar y el mo-tor para. El contactor, además puede desconectarse por fusión del fusible F1, o por disparo del relé térmico FR1, debido a sobrecalentamiento de sus contactos que a su vez arrastra un contacto solidario 95, hace conexión por el contacto 98, con el fin de encender la lámpara H1 (indicador del disparo del relé térmico).

Lista de materiales- F1= Fusible de potencia o de fase, proteje contra sobreintensidad de cortocircuito.- F2= Fusible de mando contra sobreintensidad de cortocircuito.- K1= Contactor tripolar, con un normal abierto.- FR1= Relé térmico.- S1= Pulsador de marcha, normal abierto color verde.- S0= Pulsador de parada, normal cerrado color rojo.- H1= Lámpara indicadora del disparo del relé térmico por falla o sobrecalentamiento de sus contactos.- Cables para la conexión del circuito de mando.- Cables para la conexión del circuito de fuerza.- Tablero metálico o de PVC de 30 x 30 cm.- Otros materiales: Riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

Arranque a plena tensión con presostatoFuncionamiento (Figura 42)Pulsando el pulsador S1, se excita la bobina A1-A2 del contactor cerrándose sus contactos de potencia y al mismo tiempo se cierra el contacto auxiliar normal abierto K1 (13-14) contacto de retención.Al dejar de pulsar el pulsador S1 la bobina del contactor se alimenta a través del contacto auxiliar 13-14 que está cerrado. Pulsando S0, se abre el circuito que alimenta con tensión a la bobina del contactor K1, luego se abren sus contactos de fuerza y se desconecta el motor. El contactor se puede desconectar por fusión del fusible F4 o, por disparo del relé térmico FR1, éste cuenta con una lámpara (H1) conectada al borne 98 del contacto de disparo del relé, la cual queda encendida indicando que el motor ha parado por sobrecalentamiento del relé térmico. El presostato P, es el elemento que se maniobra por presión del aire comprimido, de un compresor, una vez accionado el sistema por el pulsador S1, es este elemento el que controla la conexión y desconexión del motor, según la presión libras/pulgada cuadrada regulado por el fabricante.

Elementos del esquemaF1 – F2 – F3 = Fusibles de protección del motor contra intensidades de cortocircuito.F4 = Fusible de protección de mando contra intensidades de cortocircuitos.K1 = Contactor trifásico.H1= Lámpara de señal de disparo del relé térmico.FR1 = Relé térmico de protección contra sobreintensidad.S0 = Pulsador de parada.S1 = Pulsador de marcha.P= Presostato. Tablero metálico. Otros materiales menores: Riel, bornera, terminales, PG, tornillos y tuercas.

Finalidad de la maniobraEsta forma de arranque suministra al motor de forma directa la tensión de la red por lo que el motor funciona desde el momento de conexión a sus valores nominales. Según RBT (ANDE) sólo hasta 5 HP. Observación: Según las características de tensión de los bobinados del motor, éstos se conectarán en estre-lla. El relé térmico se regulará a la corriente nominal de la conexión en estrella: IRT= 1,85 A


40

L1

L2

L3

H1

Circuito de Fuerza Circuito de Mando

50 Hz220/380 Volt

F1 F2 F3

K1

FR1

P

L150 Hz

220/380 Volt

FR1 Ir

S0

S1

K1

K113

14

A1

A2= Presostato(considérese el esquema de un compresor)

N

95

96

11

12

13

14

F1, F2, F3 = T.M. o fusibles de protección de fuerza del motor (recomendable fusible retardado)

F4 = T.M. o Fusible de protección del esquema de mando (recomendable fusibles rápidos)

K1 = Contactor / H1= lámparaFR1 = Relé térmico (calibrado In)S1 = Pulsador de marchaS0 = Pulsador de parada

F4

98

Falla

1 HP/ 220 - 380 V / 3,2 - 1,85 A 2.850 RPM / 2 polos / 50 Hz

∆ ∆Y Y

M3

Figura 42. Esquema de fuerza y mando del arranque directo con presostato.

41


EjercicioDesarrollar los circuitos (fuerza y mando) para el accionamiento de un montacargas de un edificio en con-strucción. Hacer una lista de los materiales a utilizar. Indicar la regulación del relé térmico. Explicar el funcionamiento del circuito. ∆ Y ∆ YEl motor tiene 4 HP / 2 polos / 50 Hz / 220-380 V / 15,1 - 8,7 A / 2850 rpm – η = 65 % - f.p= 0,80 / 2 polos

Arranque compensado

3 x 1 x 25 mm2 Inpavinil - ø 2”

Fusible Tipo NHRetardado

Relé falta de fase

RFF

K2 K1

100 %

80 %

65 %

K3

FR1

63-80 A

3x1x25 mm2

M3

Arranque directo

13 x 1 x 4 mm2 Inpavinil - ø 11/4”

Fusible Tipo DRetardado10 A

RFF Relé falta de fase

3TF40K1

FR1 - 3UA50REG. 2,5 - 4 A

3 x 1 x 4 mm2 Inpavinil

M3

Arranque estrella -triángulo

11/2”3 x 1 x 6 mm2 Inpavinil - ø 11/2”

Fusible Tipo DRetardado20 A

RFF Relé falta de fase

3TF40K1

Línea

3TF40K2Δ

3TF40K3Y

FR1 - 3UA506.3 - 10 A

3x1x6 mm2

3x1x6 mm2

M3

Figura 43. Esquemas unifilares de fuerza de los distintos tipos de arranque.

Esquemas unifilares de fuerza (ver figura 43)Son esquemas en que se dibujan un solo polo de los esquemas de fuerza de los distintos arranques, sabien-do que ellos son circuitos tripolares. Esto es para facilitar la representación de los dibujos en los planos.

- Motor Trifásico de 4 HP.- Fusibles de fuerza F1, F2, F3.- Fusibles de mando F4. - Dos Contactores con 1 NO y 1 NC.- Un Relé Térmico.- Un Pulsador de Parada S0 (Normal cerrado).- Dos Pulsadores de Arranque S2 y S3 (Normal abierto).- Dos finales de carrera S4 y S5.- Cables para mando.- Cables para fuerza.- Tablero metálico.- Tres lámparas de señalización.- Materiales menores: PG, terminales, riel, tornillos y tuercas,

Lista de materiales


42

Circuito de Fuerza

Circuito de Mando

Final de carrera S4: Está ubicado en el punto elevado donde el montacargas debe detenerse.Final de carrera S5: Está ubicado en la parte más baja donde el montacargas debe detenerse.

Figura 44.

43


Figura 44.

6. Conexión del relé falta de faseEl relé falta de fase es un relé de protección que nos detecta la falta de una de las fases y el neutro. Está compuesto por un circuito electrónico con dos salidas auxiliares, uno Normal Cerrado y otro Normal Abier-to (también puede traer cuatro contactos auxiliares). Sirve para proteger al motor o a cualquier otro receptor trifásico por la falta de una fase o del neutro.La conexión de las tres fases se hace después de los fusibles de fuerza, de manera que si uno de estos fusi-bles se suelta también capte el relé. Al energizarse este relé, sus contactos auxiliares Normal Cerrado (11-12) se abre y el Normal Abierto (11-14) se cierra instantáneamente, quedando en esa condición hasta que falte una de las fases o el neutro, en ese instante vuelven a cambiar de posición. El contacto 11-14 se conecta siempre en serie con el fusible del circuito de mando, de manera a cortar la corriente de dicho circuito al cortarse una de las fases o el neutro.El conexionado del relé se hizo para un arranque directo, pero el concepto es el mismo para cualquier tipo de arranque. Generalmente se usa para proteger motores de gran potencia. Antes de conectar el relé falta de fase siempre se debe leer detenidamente su ficha técnica.

Ver figura 46.

EjercicioDesarrollar los circuitos de fuerza y mando para encender 6 lámparas de vapor de sodio de 400 W cada uno. Se desea encender todos al mismo tiempo con una fotocélula y que tenga la opción de un sistema manual y automático.

Figura 45.


44

Circuito de fuerza

R S T

F1 F2 F3

R S T N

N

14 12

11

Relé falta de fase

K1

RT

M3

R

F4

95RT

96

11

14RFF

13

14

21

22

97

98RT

K1 K1

S0

S1

12

A1

A2K1

N

ARRANQUE PARADA FALLA POR FALTA DE FASE

FALLA POR SOBRECARGA

Circuito de mando

Figura 46. Esquema de fuerza y mando del relé falta de fase.

45


7. Instalación de Fuerza Motriz Esquema de conexionado de varios motores

Figura 47.

CDF PAAlimentador

Ramal

CM

PM

CM

PM

F F

M3

M3

CDF = Centro de distri-bución de Fuerza.PA = Protección del Alimentador contra cortocircuito.CM = Control del motor.PM = Protección del motor (relé térmico, relé falta de fase, termostato, etc.).F = Seccionador fusible, con fusible tipo retarda-do, protección del ramal contra cortocircuito.

Dimensionamiento de las protecciones y la sección de los conductores del alimentador y ramalCircuito alimentadorDimensionamiento de la sección del conductor del alimentadorEl límite de conducción de corriente de los conductores de los alimentadores para motores eléctricos no deberá ser menor que 125% de la corriente nominal del motor de mayor potencia, más la suma de las co-rrientes nominales de los demás motores conectados en dicho alimentador.I (ramal) = 1,25 x In (corriente nominal del motor mayor) + ΣIn (suma de la corriente nominal de los demás motores).= : Significa mayor o igual.

Cálculo de la protección contra cortocircuitos del alimentadorLa capacidad nominal de los dispositivos de protección de los circuitos alimentadores de motores no de-berá ser mayor que la adecuada al ramal que exige protección de mayor capacidad, más la suma de las corrientes nominales de los demás motores.

I (protección del alimentador) = I (protección del ramal de mayor capacidad) + ΣI (sumatoria de la corriente nominal de los demás motores).

= : Significa menor o igual.

Circuitos del ramalDimensionamiento de la sección del conductor del ramalEl límite de conducción de corriente de los conductores de los ramales para motores eléctricos deberá ser por lo menos igual a 125% de la corriente nominal del motor para servicio contínuo. I (ramal) = 1,25 x In (corriente nominal del motor).

Dimensionamiento de la protección de los ramales contra cortocircuitosLa capacidad de protección de los dispositivos de protección de los ramales de los motores deberá estar comprendida entre 150 % y 300 % de la corriente nominal del motor, de acuerdo al motor y el tipo de arranque utilizado.

Observación Pm x 746 W / HPRecordamos que : In = -------------------------- √3 x V x I x fp x η

Pm = Potencia mecánica del motor en HP.V = Voltaje de Línea.In = Corriente Nominal del Motor (Corriente de Línea).fp = Factor de Potencia.η = Rendimiento del Motor.


46

Dimensionamiento de la sección de los alimentadoresIn = Corriente nominal del motor o sea la corriente que se indica en la placa del motor, ya sea para conexión en estrella o en triángulo (Delta).Is = Corriente para calcular la sección del conductor.

1º Caso: Alimentador para un solo motorEl alimentador es el propio ramal que parte del centro de distribución de fuerza. Para el dimensionamiento del conductor usar la fórmula Is = 1,25 x In-Motor2º Caso: Alimentador para varios motores a) Si los motores no parten simultáneamente, o sea que cada motor parte aisladamente.Is = 1,25 x In-Motor-Mayor + ΣIn-Motores restantes.Si tenemos como dato el factor de demanda, o sea el porcentaje de los motores que funcionan si-multáneamente se tiene la siguiente relación:Is = 1,25 x In-Motor-Mayor + (Factor de Demanda) x ΣIn-Motores restantes.b) Dos o más motores arrancan simultáneamenteIs = 1,25 x In-Motores que arrancan simultáneamente + ΣIn-Motores restantes.Si tenemos como dato el factor de demanda, o sea el porcentaje de los motores que funcionan si-multáneamente se tiene la siguiente relación:Is = 1,25 x In-Motores que arrancan simultáneamente + (Factor de Demanda) x ΣIn-Motores restantes.3º Caso: Alimentador general de varios alimentadores secundariosIs = 1,25 x I Alimentador más cargado + ΣI Demás alimentadores

8. Ejercicio de aplicaciónSe disponen de 4 motores con datos de placa correspondientes conforme se indica a continuación:

Y ∆660/3807,5 HP

cosφ =0,8 η= 0,75

rpm= 1440FS= 1,10

Letra-código B

M1 M3

Y ∆380/220

4 HP cosφ =0,8 η= 0,75

rpm= 1440FS= 1,10

Letra-código A

M2 M3

Y ∆660/380

4 HP cosφ =0,8

η= 0,8 rpm= 1440

FS= 1,15Letra-código B

M3 M3

Y ∆380/2205,5 HP

cosφ =0,8 η= 0,75

rpm= 1440FS= 1

Letra-código A

M4 M3

Se desea saber: 1- Cómo los motores pueden conectarse a la red tetrafilar 380/220 V de la ANDE.2- Amperaje de regulación del relé térmico para la protección de los motores (IRT), en botonera.3- Protección del ramal en el tablero (IPR). 4- Sección del conductor para correspondiente alimentación (SA).

Desarrollo

M1: 1- Se puede conectar en “estrella-triángulo”.2- IRT= IN x FS= IN x 1,10

P x 746 W/HP IN(corriente nominal del motor) = --------------------------

√3 x VL x Cosφ x η

7,5 x 746= ----------------------------- = 14,17 A √3 x 380 x 0,8 x 0,75

47


IRT= IN x FS /√3 = 14,17 x 1,10/3 = 9 A...Regulación del relé térmico.

3- IPR= IN x FS x 200% = 14,27 A x 1,1 x 2= 31.2 A...Protección con fusible de 35A.

4- IS= 1,25 x IN x FS= 1,25 x 14,17 x 1,10= 19,5 A

SA= 4 mm2 (según RBT ANDE)...Sección del conductor de alimentación.

M 2: 1- Se puede conectar en “estrella”.2- IRT= IN x FS= IN x 1,1

P x 746 W/HP IN(corriente nominal del motor) = -------------------------- √3 x VL x Cosφ x η

IRT= 7,55 x 1,10= 8,31 A...Regulación del relé térmico.

3- IPR= IN x 150% = 7,55 A x 1,1 x 1,5 = 12,46 A...Protección con fusible de 16 A.

4- Is= 1,25 x IN x FS= 1,25 x 7,55 x 1,1= 10,38 A...Cable de 1,5 mm2.


4 x 746 = -------------------------------- = 7,55 A √3 x 380 x 0,8 x 0,75

2- IRT= IN x 115% ; M 3: 1- Se puede conectar en “triángulo”.

P x 746 W/HP IN(corriente nominal del motor) = --------------------------

√3 x VL x Cosφ x η

IRT= 7,084 x 1= 7,8 A...Regulación del relé térmico.

4 x 746= ------------------------------- = 7,084 A

√3 x 380 x 0,8 x 0,8

3- IPR= IN x 250% = 7,084 A x 2,5 = 17,71 A...Protección con fusible de 20 A.

4- IS= 1,25 x IN x FS= 1,25 x 7,084 x 1,15= 10,2 A


M 4: 1- No puede conectarse a la red en arranque directo, tampoco en arranque estrella-triángulo. Sólo puede conectarse en un arranque compensado.


48

Observaciones generales1. La regulación del relé térmico para un arranque directo, siempre será igual al de la intensidad nominal del motor. Sin embargo, si el motor indica que su temperatura de trabajo, por ejemplo es del tipo B (40°C), el relé puede regularse hasta 125% más que la intensidad nominal del motor. En cambio, cuando el motor no indica su temperatura de trabajo, sólo se admite la regulación del relé hasta 115 % más que la intensidad nominal del motor.2. Un cortocircuito detrás del relé y en presencia de fusibles mal dimensionados, puede destruir el relé, y por ende al motor. Por esta razón, se debe respetar siempre la indicación que figura en los relés, sobre la calibración máxima de los fusibles.3. En los arrancadores estrella - triángulo automático con relé térmico acoplado por debajo del contactor de línea, éste debe estar regulado a 0,58 In interviniendo en este caso también como protección en el arranque (conexión estrella ).4. Una frecuencia de maniobra muy seguida dificulta tener una buena protección. En este caso, lo recomendable es regular el relé a una intensidad superior al de la intensidad nominal del motor.5. En los arrancadores estrella - triángulo, automático con relé térmico acoplado por debajo del contactor de línea (aguas abajo), éste debe estar regulado a 0,58 de la intensidad nominal del motor. ( IRT = 0,58 x Inominal del motor ), o lo que es lo mismo.

INom. motorIRT = ------------- √3

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