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Automatización(Cód.600013)
Automatismos eléctricos II: circuitos de potencia
Escuela Politécnica SuperiorUNIVERSIDAD DE ALCALÁ
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 2/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 3/31
Esquema de potencia
Representa el circuito encargado dealimentar los receptores de granconsumo.
Lo integran los siguientes elementos:
Elemento para abrir o cerrar elcircuito de potencia.Elementos de protección.Receptores.
Todo circuito de potencia estásiempre gobernado por su circuito demando correspondiente.
Los componentes que encontramos enel circuito de potencia son:
Interruptores
Seccionadores
Fusibles
Interruptores automáticos deprotección:
Relé térmicoRelé electromagnéticoRelé diferencial
Contactores principales
Receptores de gran consumo(motores, resistencias,...)
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 4/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 5/31
Interruptor
Elemento mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e
interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales de servicio e
incluso las de sobrecarga.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 6/31
Seccionador
Seccionador
Elemento mecánico de conexión que, enla posición de abierto y por razones deseguridad, asegura una distanciaespecífica, denominada deseccionamiento.
Soporta intensidades de empleo ybreves intensidades de sobrecarga.
Solo puede abrir o cerrar el circuitoen vacío (es un aparato de rupturalenta Ver vídeo ).
Control de potencia
10
1
†
Seccionamiento
Los equipos eléctricos sólo se deben manipular cuandoestán desconectados.El seccionamiento consiste en aislar eléctricamenteuna instalación de su red de alimentación, según loscriterios de seguridad que establecen las normas.El seccionamiento se puede completar con una medidade protección adicional, el enclavamiento, undispositivo de condenación del seccionador en posiciónabierta que impide que la instalación se vuelva a ponerbajo tensión de forma imprevista, garantizando así laseguridad de las personas y de los equipos.La función de seccionamiento se realiza con: – seccionadores,– interruptores seccionadores,– disyuntores y contactores disyuntores, siempre queel fabricante certifique que son aptos para dichafunción.En el apartado “Aparatos de funciones múltiples” sedescriben los aparatos con la función seccionamientointegrada, como los disyuntores o los contactoresdisyuntores.
El seccionador“El seccionador es un aparato mecánico de conexión que enposición abierta cumple las prescripciones especificadas parala función de seccionamiento” (norma IEC 947-3).Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar,uno o dos contactos auxiliares de precorte y un dispositivo demando lateral o frontal que permite cerrar y abrir los polosmanualmente.La velocidad de cierre y de apertura dependen de la rapidezde accionamiento del operario (maniobra manualdependiente). Por tanto, el seccionador es un aparato de“ruptura lenta” que nunca debe utilizarse con carga. Lacorriente del circuito debe cortarse previamente con unaparato de conmutación previsto a tal efecto (normalmenteun contactor).El contacto auxiliar de precorte se conecta en serie con labobina del contactor. Se abre antes y se cierra después quelos polos del seccionador, por lo que en caso demanipulación accidental con carga, interrumpe laalimentación de la bobina del contactor antes de que se abranlos polos del seccionador. Sin embargo, los contactos deprecorte no deben considerarse como un mando de control delcontactor, que dispone de su pro-pio mando de Marcha/Paro.El estado de los contactos debe indicarse de forma seguramediante la posición del dispositivo de control, mediante unindicador mecánico independiente (corte plenamenteaparente) o permitiendo que los contactos estén visibles(corte visible). En ningún caso se podrá enclavar elseccionador cuando esté en posición cerrada o cuando suscontactos se hayan soldado accidentalmente.Se puede añadir a los seccionadores portafusibles ensustitución de los tubos o de las barretas de seccionamiento.
SeccionadorSímbolos de los seccionadores y de los interruptores seccionadores
Manipulación en cargaAislamiento en posición “O”
Seccionador
nosí
Interruptor
síno
Interruptorseccionadorsísí
Seccionamiento
Seccionador con y sin fusibles Interruptor-seccionador
– Q1
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
– Q3
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
– Q2
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
Interruptor-seccionador
Combina las características delinterruptor con las del seccionador:
Puede abrir, soportar y cerrar elcircuito en carga.
Mantiene una distancia de seguridaden su posición de abierto.
Control de potencia
10
1
†
Seccionamiento
Los equipos eléctricos sólo se deben manipular cuandoestán desconectados.El seccionamiento consiste en aislar eléctricamenteuna instalación de su red de alimentación, según loscriterios de seguridad que establecen las normas.El seccionamiento se puede completar con una medidade protección adicional, el enclavamiento, undispositivo de condenación del seccionador en posiciónabierta que impide que la instalación se vuelva a ponerbajo tensión de forma imprevista, garantizando así laseguridad de las personas y de los equipos.La función de seccionamiento se realiza con: – seccionadores,– interruptores seccionadores,– disyuntores y contactores disyuntores, siempre queel fabricante certifique que son aptos para dichafunción.En el apartado “Aparatos de funciones múltiples” sedescriben los aparatos con la función seccionamientointegrada, como los disyuntores o los contactoresdisyuntores.
El seccionador“El seccionador es un aparato mecánico de conexión que enposición abierta cumple las prescripciones especificadas parala función de seccionamiento” (norma IEC 947-3).Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar,uno o dos contactos auxiliares de precorte y un dispositivo demando lateral o frontal que permite cerrar y abrir los polosmanualmente.La velocidad de cierre y de apertura dependen de la rapidezde accionamiento del operario (maniobra manualdependiente). Por tanto, el seccionador es un aparato de“ruptura lenta” que nunca debe utilizarse con carga. Lacorriente del circuito debe cortarse previamente con unaparato de conmutación previsto a tal efecto (normalmenteun contactor).El contacto auxiliar de precorte se conecta en serie con labobina del contactor. Se abre antes y se cierra después quelos polos del seccionador, por lo que en caso demanipulación accidental con carga, interrumpe laalimentación de la bobina del contactor antes de que se abranlos polos del seccionador. Sin embargo, los contactos deprecorte no deben considerarse como un mando de control delcontactor, que dispone de su pro-pio mando de Marcha/Paro.El estado de los contactos debe indicarse de forma seguramediante la posición del dispositivo de control, mediante unindicador mecánico independiente (corte plenamenteaparente) o permitiendo que los contactos estén visibles(corte visible). En ningún caso se podrá enclavar elseccionador cuando esté en posición cerrada o cuando suscontactos se hayan soldado accidentalmente.Se puede añadir a los seccionadores portafusibles ensustitución de los tubos o de las barretas de seccionamiento.
SeccionadorSímbolos de los seccionadores y de los interruptores seccionadores
Manipulación en cargaAislamiento en posición “O”
Seccionador
nosí
Interruptor
síno
Interruptorseccionadorsísí
Seccionamiento
Seccionador con y sin fusibles Interruptor-seccionador
– Q1
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
– Q3
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
– Q2
1/L1
2
3/L2
4
5/L3
6
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 7/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 8/31
Elementos de protección
Todo circuito debe estar protegido contra
sobreintensidades (I > In)
Cortocircuito: contacto directo de dos
puntos con tensiones distintas.
Sobrecarga: aumento momentáneo de
intensidad en un circuito sin defectos.
Protección contra cortocircuitos:
Fusibles calibrados rápidos.
Interruptores automáticos de corte
electromagnético.
Protección contra sobrecargas :
Fusibles calibrados lentos.
Interruptores automáticos de corte
térmico.
Las combinaciones usadas son:
Fusible: protege contra cortocircuitos y
sobrecargas de larga duración.
Fusible+Relé Térmico: protege contra
cortocircuitos y contra sobrecargas.
Se utiliza para la protección de motores.
Interruptor automático Magnetotérmico:
protege contra cortocircuitos y contra
sobrecargas.
La parte magnética protege contra
cortocircuitos.
La parte térmica protege contra
sobrecargas.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 9/31
Fusible
Elemento de protección contra
sobrecargas y/o cortocircuitos.
En caso de intensidad excesiva, se funde
la parte conductora del fusible, abre el
circuito e impide el paso de la corriente.
Tipos de fusible (UNE):
g: pueden cortar todas las
sobreintensidades. Rápidos.
a: pueden cortar una parte de las
sobreintensidades. Lentos.
Una segunda letra indica la aplicación:
L: líneas.
M: motores.
G: uso general.
Forma de los fusibles:
Cilíndricos: hasta ≈ 100A.
De cuchillas: hasta ≈ 1000A.
4
4/66 Schneider Electric
Referencias Componentes de protección 0
Cartuchos fusibles tipo aM conPara la protección de los aparatos con fuertes picos de corriente
Fusibles tipo
Tensión máxima asignada
Calibre Venta por cant. indiv.
Fusible sin percutor Fusible con percutorReferenciaunitaria
Peso Referenciaunitaria
Peso
V A kg kgCilíndricos 8,5 ! 31,5
! 400 1 10 DF2 BA0100 0,010 – –2 10 DF2 BA0200 0,010 – –4 10 DF2 BA0400 0,010 – –6 10 DF2 BA0600 0,010 – –8 10 DF2 BA0800 0,010 – –10 10 DF2 BA1000 0,010 – –
Cilíndricos 10 ! 38
! 500 0,16 10 DF2 CA001 0,010 – –0,25 10 DF2 CA002 0,010 – –0,50 10 DF2 CA005 0,010 – –1 10 DF2 CA01 0,010 – –2 10 DF2 CA02 0,010 – –4 10 DF2 CA04 0,010 – –6 10 DF2 CA06 0,010 – –8 10 DF2 CA08 0,010 – –10 10 DF2 CA10 0,010 – –12 10 DF2 CA12 0,010 – –16 10 DF2 CA16 0,010 – –
! 400 20 10 DF2 CA20 0,010 – –25 10 DF2 CA25 0,010 – –32 10 DF2 CA32 0,010 – –
Cilíndricos 14 ! 51
! 690 0,25 10 DF2 EA002 0,020 – –0,50 10 DF2 EA005 0,020 – –
! 500 1 10 DF2 EA01 0,020 – –2 10 DF2 EA02 0,020 DF3 EA02 0,0204 10 DF2 EA04 0,020 DF3 EA04 0,0206 10 DF2 EA06 0,020 DF3 EA06 0,0208 10 DF2 EA08 0,020 DF3 EA08 0,02010 10 DF2 EA10 0,020 DF3 EA10 0,02012 10 DF2 EA12 0,020 DF3 EA12 0,02016 10 DF2 EA16 0,020 DF3 EA16 0,02020 10 DF2 EA20 0,020 DF3 EA20 0,02025 10 DF2 EA25 0,020 DF3 EA25 0,02032 10 DF2 EA32 0,020 DF3 EA32 0,02040 10 DF2 EA40 0,020 DF3 EA40 0,020
! 400 50 10 DF2 EA50 0,020 DF3 EA50 0,020
Cilíndricos 22 ! 58
! 690 4 10 DF2 FA04 0,045 DF3 FA04 0,0456 10 DF2 FA06 0,045 DF3 FA06 0,0458 10 DF2 FA08 0,045 DF3 FA08 0,04510 10 DF2 FA10 0,045 DF3 FA10 0,04516 10 DF2 FA16 0,045 DF3 FA16 0,04520 10 DF2 FA20 0,045 DF3 FA20 0,04525 10 DF2 FA25 0,045 DF3 FA25 0,04532 10 DF2 FA32 0,045 DF3 FA32 0,04540 10 DF2 FA40 0,045 DF3 FA40 0,04550 10 DF2 FA50 0,045 DF3 FA50 0,045
! 500 63 10 DF2 FA63 0,045 DF3 FA63 0,04580 10 DF2 FA80 0,045 DF3 FA80 0,045100 10 DF2 FA100 0,045 DF3 FA100 0,045
! 400 125 10 DF2 FA125 0,045 DF3 FA125 0,045
8128
8981
2888
8128
9081
2887
8128
91
DF2 CA"""
DF2 EA"""
DF3 EA""
DF2 FA""
DF3 FA""
04_066_069.FM Page 66 Thursday, December 21, 2006 4:52 PM
4
4/69Schneider Electric
Referencias (continuación)
Componentes de protección 0
Cartuchos fusibles tipo gGPara la protección de los circuitos sin pico de corriente importante
Fusibles tipo
Tensión máxima asignada
Calibre Venta por cant. indiv.
Fusible sin percutor Fusible con percutorReferenciaunitaria
Peso Referenciaunitaria
Peso
V A kg kgCon cuchillas tamaño 00
! 500 10 10 DF2 FGN10 0,160 – –16 10 DF2 FGN16 0,160 – –20 10 DF2 FGN20 0,160 – –25 10 DF2 FGN25 0,160 – –32 10 DF2 FGN32 0,160 – –40 10 DF2 FGN40 0,160 – –50 10 DF2 FGN50 0,160 – –63 10 DF2 FGN63 0,160 – –80 10 DF2 FGN80 0,160 – –100 10 DF2 FGN100 0,160 – –125 10 DF2 FGN125 0,160 – –160 10 DF2 FGN160 0,160 – –
Con cuchillas tamaño 0
! 500 50 3 DF2 GN1051 0,230 – –63 3 DF2 GN1061 0,230 – –80 3 DF2 GN1081 0,230 – –100 3 DF2 GN1101 0,230 – –125 3 DF2 GN1121 0,230 DF4 GN1121 0,230160 3 DF2 GN1161 0,230 DF4 GN1161 0,230
Con cuchillas tamaño 1
! 500 160 3 DF2 HN1161 0,400 – –200 3 DF2 HN1201 0,400 DF4 HN1201 0,400250 3 DF2 HN1251 0,400 DF4 HN1251 0,400
Con cuchillas tamaño 2
! 500 250 3 DF2 JN1251 0,560 – –315 3 DF2 JN1311 0,560 DF4 JN1311 0,560400 3 DF2 JN1401 0,560 DF4 JN1401 0,560
Con cuchillas tamaño 3
! 500 500 3 DF2 KN1501 0,850 DF4 KN1501 0,850630 3 DF2 KN1631 0,850 DF4 KN1631 0,850
Con cuchillas tamaño 4
! 500 800 1 DF2 LN1801 1,900 DF4 LN1801 1,9001.000 1 DF2 LN1101 1,900 DF4 LN1101 1,9001.250 1 DF2 LN1251 1,900 DF4 LN1251 1,900
5333
3353
3334
5333
35
DF2 GN""""
DF4 GN""""
DF2 JN""""
04_066_069.FM Page 69 Thursday, December 21, 2006 4:52 PM
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 10/31
Seccionador fusible
A veces los fusibles se montan sobre la parte móvil de un seccionador.
Los propios fusibles abren o cierran los contactos.
6
EasyLine
3-polos XLP1
XLP 1 250 A
• Monitorización electrónica de fusibles • Micro-contacto auxiliar, 1 ó 2 pcs• Contactos auxiliares, 1 NO ó 1 NC según IEC 60947-5-1• Cubrebornes• Amplia gama de terminales para cable (Ver pág. 12)• Marcos frontales para 1 - 2 aparatos• Adaptadores de barras para 60 mm distancia barras • Dispositivo para enclavamiento por candado • Dispositivo para precintado
6
4
4/31Schneider Electric
5088
26
100/
110
AF1 EA4
a1a
100/
110
a AF1 EA4
Características:pág. 4/28
Referencias:pág. 4/29
Dimensiones:pág. 4/30
34
12
56
34
12
12
N
56
34
12
N
Montajey esquemas
Componentes de protecciónPortafusibles
MontajePortafusibles modulares 125 AMontaje sobre placa perforada AM1 PA
GK1 FB, FN GK1 FC, FD, FF, FH
GK1 FC FD FF FHa 35 35 70 105a1 61 61 96 131
EsquemasPortafusibles modularesDF6 ABi DF6 N GK1 iC GK1 iD
GK1 iF GK1 iH GK1 iB GK1 iN
04_030_031.p65 13/12/06, 09:5031
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 11/31
Relés de protección I
Relé térmico
Detecta una sobreintensidad debido al
aumento de temperatura que hará que
unas láminas bimetálicas se curven y se
active el disparador del contacto asociado.
Protege contra: sobrecargas, arranques
demasiado lentos, ciclos arranque-paro
frecuentes.
Reposición (rearme) manual.
www.aulaelectrica.es AutomatismosIndustriales
1f.relé térmico
Protección de los circuitos en automatismosRelé térmico
Un relé térmico es un aparato diseñado para la protecciónde motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase ydiferencias de carga entre fases.
Valores estándar: 660 V c.a. para frecuencias de 50/60 Hz.
El aparato incorpora dos contactos auxiliares (NO-97-98 yNC-95-96), para su uso en el circuito de mando.
Dispone de un botón regulador-selector de la intensidadde protección. Sirva el ejemplo: In.: 1,6 hasta 3,2A.Además, incorpora un botón de prueba (STOP), y otropara RESET.
Si el motor sufre una avería y se produce una sobreinten-sidad, unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladasalrededor de un bimetal), consiguen que una láminabimetálica, constituida por dos metales de diferentecoeficiente de dilatación, se deforme, desplazando en estemovimiento una placa de fibra, hasta que se produce elcambio o conmutación de los contactos.
El relé térmico actúa en el circuito de mando, con doscontactos auxiliares y en el circuito de potencia, a travésde sus tres contactos principales.
Simbología normalizada:
Funcionamiento
F3
KM 1
1
2
3
4
5
6
A1
A2
F2
1
2 6
3
4
5
M3 ~
U VW
L1
1 3 5
2 4 6
L2
L3
13
14KM 1
2
X1
X2
X1
X2
H0
13
14
Verde Roja
95
96
97
98
1 32 4
KM 1
F2
S0
11
12
A C
H1
S1
A1
A2
F
2
1
F1
A1 24 VA2
50 Hz
NA
NC
2T
14
T2
6T
3
95
96
97
98
ST
OP
RE
SE
T
RESETSTOP
97
9895
96
NA
NC
2 T1 4 T2 6 T3
95 9697 98
STOPRESET
1L1 3L2 5L3
13 NO 21 NC A1
14 NO 22 NC A2
6T32T1 4T2
31
2 4
5
6
1
2 6
3
4
595
96
97
98
F
Contactos auxiliarespara el
circuito de mando
Contactos principalespara el
circuito de potencia
Ma
gn
eto
térm
ico
Co
nta
cto
r
Contactor
Relé térmico
Re
lété
rmic
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Motor
www.aulaelectrica.es AutomatismosIndustriales
1f.relé térmico
Protección de los circuitos en automatismosRelé térmico
Un relé térmico es un aparato diseñado para la protecciónde motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase ydiferencias de carga entre fases.
Valores estándar: 660 V c.a. para frecuencias de 50/60 Hz.
El aparato incorpora dos contactos auxiliares (NO-97-98 yNC-95-96), para su uso en el circuito de mando.
Dispone de un botón regulador-selector de la intensidadde protección. Sirva el ejemplo: In.: 1,6 hasta 3,2A.Además, incorpora un botón de prueba (STOP), y otropara RESET.
Si el motor sufre una avería y se produce una sobreinten-sidad, unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladasalrededor de un bimetal), consiguen que una láminabimetálica, constituida por dos metales de diferentecoeficiente de dilatación, se deforme, desplazando en estemovimiento una placa de fibra, hasta que se produce elcambio o conmutación de los contactos.
El relé térmico actúa en el circuito de mando, con doscontactos auxiliares y en el circuito de potencia, a travésde sus tres contactos principales.
Simbología normalizada:
Funcionamiento
F3
KM 1
1
2
3
4
5
6
A1
A2
F2
1
2 6
3
4
5
M3 ~
U VW
L1
1 3 5
2 4 6
L2
L3
13
14KM 1
2
X1
X2
X1
X2
H0
13
14
Verde Roja
95
96
97
98
1 32 4
KM 1
F2
S0
11
12
A C
H1
S1
A1
A2
F
2
1
F1
A1 24 VA2
50 Hz
NA
NC
2T
14
T2
6T
3
95
96
97
98
ST
OP
RE
SE
T
RESETSTOP
97
9895
96
NA
NC
2 T1 4 T2 6 T3
95 9697 98
STOPRESET
1L1 3L2 5L3
13 NO 21 NC A1
14 NO 22 NC A2
6T32T1 4T2
31
2 4
5
6
1
2 6
3
4
595
96
97
98
F
Contactos auxiliarespara el
circuito de mando
Contactos principalespara el
circuito de potencia
Magneto
térm
ico
Conta
ctor
Contactor
Relé térmico
Relé
térm
ico
Motor
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 12/31
Relés de protección II
Relé electromagnético
Detecta una sobreintensidad debido al
aumento del campo magnético inducido
por dicha corriente, haciendo que se
dispare el contacto asociado.
Protege contra cortocircuitos.
Si se utiliza para proteger motores, debe
soportar el pico de corriente en el
arranque.
Se suele utilizar en conjunción con un
relé térmico.
Relé magnetotérmico
Combina las acciones de los relés térmicos
y electromagnéticos.
Protege contra sobrecargas y contra
cortocircuitos.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 13/31
Relés de protección III
Disyuntor
Se trata de un relé magnetotérmico con un
interruptor.
Se utiliza para la protección de motores
de pequeña potencia (guardamotores).
Control de potencia
42†
1
Arrancador estrella-triángulo con disyuntor motor Control de un motor monofásico con disyuntor motor
Disyuntor motor magnético + contactor + relé térmico Curvas de disparo de un disyuntor motor GV2
Disyuntor motor magnetotérmico Disyuntor motor magnetotérmico + contactor
Aparatos de funciones múltiples
0,70,8
1 2 34 6
7810 20 30 50 70 100
0,001
0,1
0,01
1
10
1
10
100
300
1
2
5
Tiempo
(1) Proteccióntérmica
(2) Proteccióncontra loscortocircuitos
Segu
ndos
Min
utos
– KM2
12
34
56
1 3 5
2 4 6
– F2
– KM3
12
34
56
– KM1
12
34
56
U1
V1 W1
U2
V2 W2
2 4 6
1 3 5
– Q1
M1 3
U1
W1
V1
1 3 5
2 4 6
– F1
– KM1
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2 4 6
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M1a
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 14/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 15/31
Motores eléctricos
Receptores que transforman energía eléctrica en energía mecánica de rotación.
Tipos:
De corriente continua.
De corriente alterna:
Síncronos.Asíncronos (de inducción):
Monofásicos.
Trifásicos: de rotor bobinado,
de rotor en cortocircuito (jaula
de ardilla).
164
6
Estandarización de esquemas
†
Símbolos gráficos
Motor asíncrono trifásico,de rotor en cortocircuito
Motor asíncrono de dos devanadosestátor separados(motor de dos velocidades)
Motor asíncrono con seis bornas desalida (acoplamiento estrella-triángulo)
Motor asíncrono de acoplamiento depolos (motor de dos velocidades)
Motor asíncrono trifásico,rotor de anillos
Motor de imán permanente
Generador de corriente alterna
Generador de corriente continua
Conmutador (trifásico / continuo)de excitación en derivación
Motor de corriente continuade excitación separada
Máquinas eléctricas giratorias
Motor de corriente continuade excitación compuesta
Motor asíncrono equipado consondas de termistancia
Motor de corriente continuade excitación en serie
Motor asíncrono monofásico
U1
U2
G
A1A2
G
3
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U1
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A2A1 M
F2F1
D2A1 M
D2A1 MU1
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A1 A2
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U1
W1
V1
M1 3
U1
W1
V1
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L1
M1 3
U1
W1
V1
U2
W2
V2
M1 3
U1
W1
V1
W2
V2U2
T1
T2
U1
W1
V1
M1 1
U1
V1
Motores asíncronos
Son los más empleados en la industria
gracias a:
Su facilidad de utilización,
poco mantenimiento y
bajo coste de fabricación.
289
11Motores eléctricos
A. Constitución del motor asíncrono de inducción
Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estátor) y otro en la parte móvil (rotor) (véase la Figura 11.1).
El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estátor (véase la Figura 11.2).
El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante.El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bo-binado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa.
El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobi-nado) o bien se le incorporan conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de ardilla, de ahí que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla.El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamien-tos y se saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acopla-do un ventilador para refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes (véase la Figura 11.3).
El circuito magnético de los mo-tores eléctricos de corriente alter-na está formado por chapas mag-néticas apiladas y aisladas entre sí para eliminar el magnetismo re- manente.
Recuerda
Fig. 11.1. Motor eléctrico.
Fig. 11.3. Sección de motor eléctrico
Fig. 11.2. Estátor y rotor de motor eléctrico.
Estátor
Ventilador
Placa de características Carcasa
Bobinado
Eje
Rodamientos
Rotor
Placa de bornes
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 16/31
Modelo funcional del motor asíncrono
Principio de funcionamiento
El giro del rotor se produce por la interacción entre el campo magnéticogiratorio del estátor y el inducido en los bobinados del rotor.
La velocidad de sincronismo (ns) es lavelocidad angular del campo magnéticogiratorio:
ns = 50f
p(rpm)
{f frec. de la red
p nº pares de polos
La velocidad angular del rotor (n) noalcanza nunca la velocidad desincronismo: n < ns
s = ns − n
ns(deslizamiento)
Par motor/par resistente
El motor ofrece un par M enfunción de su velocidad.
Toda carga conectada al motor leofrece un par resistente Mr
Al igualarse el par del motor (M)y el par resitente, la velocidad nse mantiene constante:
M = Mr ⇒ n = cte
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 17/31
Curvas: par motor, par resistente e intensidad vs. velocidad.
n
M,
M
MMr
Mn
nn
n
ns
M3 ∼
U V W
Máquinan
M
M − par motor
Mr − par resistente
I − intensidad
Ia − intensidad de arranque
In − intensidad nominal
Ma − par de arranque
Mn − par nominal
n − velocidad angular
ns − velocidad de sincronismo
nn − velocidad nominal
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 18/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 19/31
Arranque directo
Se realiza en un solo tiempo.
El estátor se acopla directamente a la red.
La corriente inicial es de 4 a 8 veces la nominal. En los cálculos se
considera Ia =6In.
Solo se utiliza con motores de pequeña y mediana potencia y si la red
lo permite.
El par de arranque Ma ≈1,5Mn.
El par máximo se alcanza aproximadamente al 80% de la velocidad
nominal.
No se recomienda en montacargas ni en cintas transportadoras por el
par de arranque.
El motor solo necesita tres bornes U–V–W. La conexión interna
dependerá de la tensión de la línea.
Para el giro a derechas se conectan: L1–U, L2–V, L3–W. Para el
cambio de giro, se intercambian dos.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 20/31
Arranque directo
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 21/31
Arranque directo con inversión de giroNota: para invertir el giro es necesario parar primero el motor con S1.
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 22/31
Conexión en estrella y en triángulo
Es necesario disponer de un motor con 6 bornes (dos por bobina).
Conexión en estrella �
291
11Motores eléctricos
2. Motores asíncronos trifásicos.Tipos y sistemas de arranque
Como se ha mencionado antes, los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar tanto monofásicos como trifásicos.
A. Motores trifásicosLa constitución y el principio de funcionamiento se han expuesto en los párrafos anterio-res. Son motores en los que el bobinado inductor colocado en el estátor está formado por tres bobinados independientes desplazados 120º eléctricos entre sí y alimenta- dos por un sistema trifásico de corriente alterna. Los podemos encontrar de dos tipos:• Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).• Rotor bobinado.
Tensiones e intensidades en el estátor de los motores trifásicos
Todo bobinado trifásico se puede conectar en estrella (todos los finales conectados en un punto común, alimentando el sistema por los otros extremos libres) o bien en trián-gulo (conectando el final de cada fase al principio de la fase siguiente, alimentando el sistema por los puntos de unión), como se puede apreciar en la Figura 11.5.En la conexión estrella, la intensidad que recorre cada fase coincide con la intensidad de línea, mientras que la tensión que se aplica a cada fase es 3 menor que la ten-sión de línea.En la conexión triángulo la intensidad que recorre cada fase es 3 menor que la in-tensidad de línea, mientras que la tensión a la que queda sometida cada fase coincide con la tensión de línea.
Conexión estrella: 3f
UU fI I
Conexión triángulo: fU U 3f
II
En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitensión, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triángulo y a la red de 400 V enestrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invaria-bles los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La co-nexión estrella o triángulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6.
B. Motor de rotor en cortocircuitoEl motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más sen-cilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más eco-nómica. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento. Su constitución se vio en la Figura 11.3.
Los motores eléctricos más uti-lizados son los de rotor en cor-tocircuito, también llamados de jaula de ardilla.
Recuerda
Fig. 11.5. Conexiones en los bobinados trifásicos: a) conexión estrella yb) conexión triángulo.
Fig. 11.6. Colocación de los puentes sobre las placas de bornes para conectar el motor trifásico en estrella o en triángulo.
a)
b)
L1
L2
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L1
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U1
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W1
W2U2
V2
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Placa de bornes:
291
11Motores eléctricos
2. Motores asíncronos trifásicos.Tipos y sistemas de arranque
Como se ha mencionado antes, los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar tanto monofásicos como trifásicos.
A. Motores trifásicosLa constitución y el principio de funcionamiento se han expuesto en los párrafos anterio-res. Son motores en los que el bobinado inductor colocado en el estátor está formado por tres bobinados independientes desplazados 120º eléctricos entre sí y alimenta- dos por un sistema trifásico de corriente alterna. Los podemos encontrar de dos tipos:• Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).• Rotor bobinado.
Tensiones e intensidades en el estátor de los motores trifásicos
Todo bobinado trifásico se puede conectar en estrella (todos los finales conectados en un punto común, alimentando el sistema por los otros extremos libres) o bien en trián-gulo (conectando el final de cada fase al principio de la fase siguiente, alimentando el sistema por los puntos de unión), como se puede apreciar en la Figura 11.5.En la conexión estrella, la intensidad que recorre cada fase coincide con la intensidad de línea, mientras que la tensión que se aplica a cada fase es 3 menor que la ten-sión de línea.En la conexión triángulo la intensidad que recorre cada fase es 3 menor que la in-tensidad de línea, mientras que la tensión a la que queda sometida cada fase coincide con la tensión de línea.
Conexión estrella: 3f
UU fI I
Conexión triángulo: fU U 3f
II
En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitensión, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triángulo y a la red de 400 V enestrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invaria-bles los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La co-nexión estrella o triángulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6.
B. Motor de rotor en cortocircuitoEl motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más sen-cilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más eco-nómica. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento. Su constitución se vio en la Figura 11.3.
Los motores eléctricos más uti-lizados son los de rotor en cor-tocircuito, también llamados de jaula de ardilla.
Recuerda
Fig. 11.5. Conexiones en los bobinados trifásicos: a) conexión estrella yb) conexión triángulo.
Fig. 11.6. Colocación de los puentes sobre las placas de bornes para conectar el motor trifásico en estrella o en triángulo.
a)
b)
L1
L2
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W2 U2 V2U1
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U2
V2
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Conexión en triángulo 4
291
11Motores eléctricos
2. Motores asíncronos trifásicos.Tipos y sistemas de arranque
Como se ha mencionado antes, los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar tanto monofásicos como trifásicos.
A. Motores trifásicosLa constitución y el principio de funcionamiento se han expuesto en los párrafos anterio-res. Son motores en los que el bobinado inductor colocado en el estátor está formado por tres bobinados independientes desplazados 120º eléctricos entre sí y alimenta- dos por un sistema trifásico de corriente alterna. Los podemos encontrar de dos tipos:• Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).• Rotor bobinado.
Tensiones e intensidades en el estátor de los motores trifásicos
Todo bobinado trifásico se puede conectar en estrella (todos los finales conectados en un punto común, alimentando el sistema por los otros extremos libres) o bien en trián-gulo (conectando el final de cada fase al principio de la fase siguiente, alimentando el sistema por los puntos de unión), como se puede apreciar en la Figura 11.5.En la conexión estrella, la intensidad que recorre cada fase coincide con la intensidad de línea, mientras que la tensión que se aplica a cada fase es 3 menor que la ten-sión de línea.En la conexión triángulo la intensidad que recorre cada fase es 3 menor que la in-tensidad de línea, mientras que la tensión a la que queda sometida cada fase coincide con la tensión de línea.
Conexión estrella: 3f
UU fI I
Conexión triángulo: fU U 3f
II
En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitensión, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triángulo y a la red de 400 V enestrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invaria-bles los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La co-nexión estrella o triángulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6.
B. Motor de rotor en cortocircuitoEl motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más sen-cilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más eco-nómica. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento. Su constitución se vio en la Figura 11.3.
Los motores eléctricos más uti-lizados son los de rotor en cor-tocircuito, también llamados de jaula de ardilla.
Recuerda
Fig. 11.5. Conexiones en los bobinados trifásicos: a) conexión estrella yb) conexión triángulo.
Fig. 11.6. Colocación de los puentes sobre las placas de bornes para conectar el motor trifásico en estrella o en triángulo.
a)
b)
L1
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Placa de bornes:
291
11Motores eléctricos
2. Motores asíncronos trifásicos.Tipos y sistemas de arranque
Como se ha mencionado antes, los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar tanto monofásicos como trifásicos.
A. Motores trifásicosLa constitución y el principio de funcionamiento se han expuesto en los párrafos anterio-res. Son motores en los que el bobinado inductor colocado en el estátor está formado por tres bobinados independientes desplazados 120º eléctricos entre sí y alimenta- dos por un sistema trifásico de corriente alterna. Los podemos encontrar de dos tipos:• Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).• Rotor bobinado.
Tensiones e intensidades en el estátor de los motores trifásicos
Todo bobinado trifásico se puede conectar en estrella (todos los finales conectados en un punto común, alimentando el sistema por los otros extremos libres) o bien en trián-gulo (conectando el final de cada fase al principio de la fase siguiente, alimentando el sistema por los puntos de unión), como se puede apreciar en la Figura 11.5.En la conexión estrella, la intensidad que recorre cada fase coincide con la intensidad de línea, mientras que la tensión que se aplica a cada fase es 3 menor que la ten-sión de línea.En la conexión triángulo la intensidad que recorre cada fase es 3 menor que la in-tensidad de línea, mientras que la tensión a la que queda sometida cada fase coincide con la tensión de línea.
Conexión estrella: 3f
UU fI I
Conexión triángulo: fU U 3f
II
En estas condiciones, el motor se puede considerar como bitensión, ya que las tensiones normalizadas son de 230 o 400 V. Si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triángulo y a la red de 400 V enestrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. En una y otra conexión, permanecen invaria-bles los parámetros de potencia, par motor y velocidad. La co-nexión estrella o triángulo se realiza sobre la placa de bornes mediante puentes como se puede apreciar en la Figura 11.6.
B. Motor de rotor en cortocircuitoEl motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más sen-cilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más eco-nómica. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento. Su constitución se vio en la Figura 11.3.
Los motores eléctricos más uti-lizados son los de rotor en cor-tocircuito, también llamados de jaula de ardilla.
Recuerda
Fig. 11.5. Conexiones en los bobinados trifásicos: a) conexión estrella yb) conexión triángulo.
Fig. 11.6. Colocación de los puentes sobre las placas de bornes para conectar el motor trifásico en estrella o en triángulo.
a)
b)
L1
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V1
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W2 U2 V2
U1
V1
W1
W2U2
V2
Uf
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IIf
Uf = U`
If = I`√3
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 23/31
Arranque estrella–triángulo (�−4)
El motor se arranca conectado en estrella.
La tensión de los bobinados se reduce al 57 %.El par se reduce al 33 %.La corriente de arranque se reduce a 2 veces In.
Al alcanzar la máxima velocidad, el motor se desconecta
momentáneamente y a continuación se conecta en triángulo para
alcanzar la velocidad nominal.
Durante la desconexión se puede producir una pequeña pérdida de par
y un pico de corriente.
Es el arranque más utilizado por su sencillez, precio y prestaciones.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 24/31
Variación M–n e I–n en el arranque �−4
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 25/31
Arranque �−4: circuito de potencia
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 26/31
Arranque �−4: circuito de mando
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 27/31
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 28/31
Arranque �−4 con inversión de giro: circuito de mando
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Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 29/31
Índice
1 Circuito de potencia
2 Apertura/cierre
3 Protección
4 Motores eléctricos
5 Arranque de Motores
6 Ejercicios
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 30/31
Ejercicio 1— Síntesis del arranque �−4Se desea diseñar el circuito eléctrico de mando que permite arrancar el motor M1 de la figuraen configuración �→ 4 s→4. El motor se pondrá en marcha al presionar marcha y separará al presionar paro. Se pide lo siguiente:
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1 Dibuje el grafo de estados de dicho automatismo y deacuerdo con el grafo obtenido:
2 Asocie componentes eléctricos a los estados, entradasy salidas.
3 Escriba las ecuaciones de los relés de estado (funciónde transferencia entre estados).
4 Escriba las ecuaciones de la función de salida.5 Dibuje el esquema eléctrico correspondiente a la
función de transferencia entre estados y a laprotección frente a sobrecargas.
6 Dibuje el esquema eléctrico correspondiente a lafunción de salida (incluidos los temporizadores).
7 Cómo se podría simplificar el automatismo obtenidoen los apartados anteriores y reducir así el número decomponentes necesarios para implementarlo. Dibujeel esquema de mando del nuevo automatismo.
Circuito de potencia Apertura/cierre Protección Motores eléctricos Arranque de Motores Ejercicios 31/31
Ejercicio 2
Se desea diseñar un circuito eléctrico de mando para arrancar el motor M1 (consulte el
esquema de mando del ejercicio anterior) en configuración �−4 (el proceso de
arranque dura 5 s). El motor se pondrá en marcha al dejar de presionar el pulsador
marcha/paro (para poder dejar de presionar es necesario haber presionado previamentesobre el pulsador). M1 se parará (estando en cualquiera de las dos configuraciones) al
presionar el mismo pulsador (en este caso, al dejar de presionar no ocurrirá nada).Cuando el motor inicie el arranque lucirá una lámpara de color naranja y al alcanzar la
configuración final se apagará la lámpara naranja y lucirá una lámpara de color verde.
En caso de sobrecarga se iluminará una lámpara de color rojo.
1 Dibuje el grafo de estados del automatismo.
2 Asocie componentes eléctricos a los estados, entradas y salidas.
3 Escriba las ecuaciones de los relés de estado (función de transferencia entre
estados).
4 Escriba las ecuaciones de la función de salida.
5 Identifique los relés equivalentes y dibuje el esquemas eléctrico simplificado del
circuito de mando. El esquema incluirá también la protección frente a sobrecargas.
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