File - MECANICA DE MANTENIMIENTO

Transcripción

EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3 EL MOTOR
El motor eléctrico es una máquina capaz de convertir energía eléctrica en energía mecánica (fig. 3.1).
E. ELÉCTRICA
MOTOR
E. MECÁNICA
Figura 3.1. Transformación de la energía en un motor
3.1 PARTES DE UN MOTOR ASÍNCRONO
El motor asíncrono consta básicamente de dos partes distintas: el estator y el rotor. En los
apartados que siguen describiremos las dos partes.
Figura 3.2 Partes del motor asíncrono
3.1.1 EL ESTATOR
El estator (fig. 3.3) es la parte fija del motor. Está constituida por una carcasa en la que está fijada
una corona de chapas de acero de calidad especial y provista de ranuras. Los bobinados están
distribuidos en estas últimas, y forman un conjunto de devanados que contienen tantos circuitos como
fases de la red de alimentación.
Figura 3.3 Estator de un motor asíncrono
José J. Miralles Pérez
45
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3.1.2 EL ROTOR
El rotor (fig. 3.4) es la parte móvil del motor. Está situado en el interior del estator y constituido por un
apilamiento de chapas de acero formando un cilindro solidario con el árbol del motor.
Figura 3.4 Rotor en cortocircuito
Uno de los motores asíncronos más utilizados es el motor de jaula de ardilla o rotor en cortocircuito.
Según el tipo de jaula podemos dividir el rotor en:
−
−
Rotor de jaula simple.
Rotor de jaula doble.
En los agujeros o ranuras, dispuestas hacia el exterior del cilindro y paralelamente a su eje, se
colocan los conductores.
Rotor de jaula de ardilla
Rotor de doble jaula
Rotor de ranura profunda
Figura 3.5 Conductores y ranuras del rotor de un motor asíncrono
Cada extremo de estos conductores se conecta a una corona metálica (fig. 3.5). El conjunto tiene el
aspecto de una jaula de ardilla, de donde proviene el nombre de este tipo de rotor.
En determinados motores, la jaula de ardilla está enteramente moldeada.
Tanto para los conductores como para las aletas de refrigeración, se suele utilizar el aluminio
inyectado a presión. Las aletas de refrigeración, hechas en la misma operación, hacen masa con el
rotor. Estos motores tienen un par de arranque relativamente pequeño, y la intensidad absorbida en
la puesta en tensión es muy superior a la intensidad nominal.
El rotor de jaula doble contiene dos jaulas concéntricas, una exterior bastante resistente y otra interior
de menor resistencia.
3.1.3 CAJA DE BORNES
El bobinado del estator termina en la caja de bornes. Como es un motor trifásico, tenemos tres
bobinas, con lo que hay seis extremos de bobina. Las denominaciones oficiales de los bornes son: U,
V y W. A continuación de las letras llevan un número (1 ó 2) que nos indica si es la entrada o la
salida.
46
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Así pues, los bornes de un motor tienen la siguiente denominación:
−
−
Entradas: U1, V1 y W1
Salidas: U2, V2 y W2
En motores y esquemas antiguos, podemos encontrar una denominación distinta a la anterior, y es la
siguiente:
−
−
Entradas U, V y W
Salidas; x, y, z
La caja de bornas (fig. 3.6) se representa con un cuadrado y 6 círculos, que referencian los principios
y finales de las bobinas.
U1
V1
W1
W2
U2
V2
Representación de la caja
de bornes
Dibujo de una caja de
bornes
Caja de bornes de un motor
Figura 3.6. Caja de bornes de un motor asíncrono trifásico
3.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
El principio de funcionamiento de los motores asíncronos está basado en la producción de un campo
magnético giratorio en el estator, el cual induce una f.e.m. y una Intensidad en el rotor. Como la
Intensidad del rotor es elevada, se crea un campo magnético en los conductores del mismo sentido,
lo cual hace que los dos campos se repelan y el rotor gire. El rotor sigue el campo magnético giratorio
creado por el estator.
3.2.1 VELOCIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO
La velocidad del campo giratorio viene dado por la formula:
n=
60f
p
Donde:
n= revoluciones por minuto (rpm).
f= frecuencia (Hz)
p= pares de polos
La velocidad del rotor es inferior a la del campo giratorio, y por eso este tipo de motor se llama
"asíncrono".
En los motores trifásicos, el campo giratorio es producido por tres bobinados fijos geométricamente
decalados 120º y recorridos por corrientes alternas con el mismo desfase eléctrico. La composición
de los tres campos alternos producidos forma un campo giratorio de amplitud constante.
En la figura 3.7 se han representado los vectores correspondientes a las tres fases L1, L2 y L3,
alimentando a las bobinas del motor U1, V1 y W1 respectivamente.
Las bobinas del motor se han bobinado de forma que cuando la corriente es positiva, en la entrada de
la bobina se crea un polo Norte (N) y en la salida un polo Sur (S) y cuando la corriente es negativa, al
contrario.
47
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
En el primer diagrama vectorial se ha
supuesto que la fase L1 esta en un ángulo
de 0º, y por tanto la bobina U1 - U2 no crea
ningún campo magnético. La fase L2 está
en un ángulo de 120º, por tanto es positiva
y crea en V1 un polo N mientras que en V2
se crea un S. La fase L3 está en un ángulo
de 240º, por tanto es negativa y crea en W1
un polo S, mientras que en W2 se crea un N.
L1-U
L2-V
L1-U
L3-W
L3-W
L3-W
U1
V2
W1
S
N
S
W2
V2
V1
W1
Como el campo magnético va de Norte a
Sur, la resultante del campo magnético es
una línea horizontal con dirección derecha
izquierda.
N
S
S
W2
V2
V1
W1
U1
N
N
W2
V2
V1
W1
S
S
U2
U1
W1
L1-U
L2-V
U1
N
N
V1
L3-W
L1-U
S
S
U2
L3-W
S
N
W2
L1-U
L1-U
V2
S
L2-V
L2-V
En los demás diagramas vectoriales se ha
ido girando el diagrama 60º hasta completar
los 360º. Siguiendo la misma metodología
utilizada para el primer diagrama vectorial
para el resto de diagramas, vemos que la
componente del campo magnético va
girando también 60º grados en el sentido
contrario a las agujas del reloj.
N
U2
L2-V
L3-W
L2-V
U1
N
U2
L1-U
L2-V
U1
N
L3-W
L1-U
L2-V
W2
V2
V1
W1
U1
S
S
W2
V2
V1
W1
N
N
U2
L3-W
U1
S
N
S
N
U2
U2
W2
V2
V1
W1
N
S
N
S
W2
V1
U2
Figura 3.7. Campo magnético giratorio
3.2.2 CONEXIONES DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
La conexión de los tres grupos de bobinas en el estator puede hacerse en "estrella" o en "triángulo",
según sea la unión de los extremos de las bobinas.
En la figura 3.28 vemos cómo se realiza la conexión triángulo, la figura que da origen a su nombre así
como la relación que existe entre las tensiones de fase y línea y las relaciones entre las intensidades
de fase (intensidad que atraviesa una bobina) y línea (intensidad que circula por la línea de
alimentación).
Se puede observar que la tensión de fase y la de línea son iguales, mientras que la intensidad de
fase es raíz de 3 veces menor que la que circula por la línea.
If =
UL
IL
3
Ul = Uf
U1
IL
W1
V1
Uf Tensión de fase,
Tensión en bornes de la
bobina
W1 V2
W2
U2
V2
UL Tensión de línea,
Tensión entre fases
If
V1
W2
U2
U1
If Intensidad de fase
IL Intensidad de línea
Uf
Figura 3.8 Conexión de un motor en triángulo
48
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
En la figura 3.9 vemos como se realiza la conexión estrella, la figura que da origen a su nombre así
como la relación que existe entre las tensiones de fase y línea y las relaciones entre las intensidades
de fase (intensidad que atraviesa una bobina) y línea (intensidad que circula por la línea de
alimentación.
Se puede observar que, en este caso, la intensidad de fase y la de línea son iguales, mientras que la
tensión de fase es raíz de 3 veces menor que la que circula por la línea.
L1
L2
L3
Il = If
UL
Uf =
U1
W1
V1
IL
V2
Uf
U2
If
U2
UL Tensión de línea,
Tensión entre fases
V2
W2
W1
3
Uf Tensión de fase,
Tensión en bornes de la
bobina
U1
W2
Ul
V1
If Intensidad de fase
IL Intensidad de línea
Figura 3.9. Conexión de un motor en estrella
Los motores trifásicos, por tanto, pueden funcionar con dos tensiones de línea, pero las bobinas del
motor están calculadas para funcionar, tanto en la conexión estrella como la conexión triángulo, a la
misma tensión de fase, la tensión de triángulo.
En los catálogos de los fabricantes lo normal es encontrarnos con motores de 400 V. Es la tensión
nominal o de triángulo, y en base a ella se dan todas las características.
3.3 ARRANQUES DE MOTORES
3.3.1 ARRANQUE DIRECTO
Es un sistema de arranque obtenido en un solo tiempo: el estator
del motor se acopla directamente a la red. El motor arranca con
sus características naturales y con una fuerte punta de intensidad
(Ia) y un fuerte par de arranque (Ma) (fig. 3.10). Este
procedimiento es ideal si es tolerable la punta de intensidad, y el
par inicial de arranque del motor (fijado por el tipo de
construcción del rotor y cerca de 2 veces el par nominal (Mn)) es
el conveniente para la puesta en marcha de la máquina.
En la puesta en tensión, la punta de intensidad es muy elevada,
del orden de 4 a 8 veces la intensidad nominal. El par durante el
Figura 3.10 Características de
arranque es siempre superior al nominal, sobre todo para los
par e Intensidad de un motor
motores modernos de jaulas complejas. Es máximo cuando el
motor alcanza el 80% de su velocidad, y a partir de este
momento, la punta de intensidad está considerablemente amortiguada.
Este sistema permite arrancar las máquinas incluso en plena carga, si la red admite la punta de
corriente en el momento del arranque. Es, pues, indicado para las máquinas de pequeña y mediana
potencia.
49
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Sin embargo, como el par en el momento de la puesta en tensión es cerca 2 Mn, este procedimiento
no está recomendado si el arranque debe hacerse lenta y progresivamente (determinados
montacargas, cintas transportadoras, etc.).
En el arranque de un motor también hay que tener en cuenta lo que dice el REBT en la ITC 47:
Los motores de potencia superior a 0,75 kilovatios deben estar provistos de reóstatos de
arranque o dispositivos equivalentes que no permitan que la relación de corriente entre el período
de arranque y el de marcha normal que corresponda a su plena carga, según las características
del motor que debe indicar su placa, sea superior a la señalada en la tabla 1
MOTORES DE CORRIENTE
ALTERNA
Potencia nominal
Constante máxima de proporcionalidad
del motor
entre la intensidad de la corriente de
kW
arranque y de la de plena carga
De 0,75 a 1,5
4,5
De 1,5 a 5,0
3,0
De 5,0 a 15,0
2,0
De más de 15,0
1,5
Tabla 3.1 Relación entre la Intensidad de arranque y la
nominal
Así, en motores de gran potencia se deberá utilizar algún método de arranque que permita reducir la
relación entre la intensidad de arranque y la nominal.
3.3.1.1 CÓMO DECIDIR SI EL MOTOR SE CONECTA EN TRIÁNGULO O EN ESTRELLA
Como el motor se puede conectar en estrella o triángulo, debo decidir cuál es la conexión que debo
realizar en el motor. Para ello hemos diseñado este cuadro.
Elección de la conexión de un motor asíncrono
trifásico de rotor en jaula de ardilla
Identifica la tensión
de línea UL
No
Coincide UL con
alguna tensión
del motor
Si
Cambia el motor
No
Conecta en triángulo
Coincide UL
con la tensión
mayor de
motor
Si
Conecta en estrella
Figura 3.11 Diagrama elección de la conexión de un motor trifásico
50
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3.3.1.2 CONEXIÓN DE UN MOTOR CON ARRANQUE DIRECTO MEDIANTE CONTACTORES
Para la conexión de un motor con arranque directo mediante contactores utilizaremos dos esquemas:
−
−
Esquema de fuerza
Esquema de mando
El esquema de fuerza representa los cables que alimentan al motor,
incluye las protecciones y los contactos de fuerza del contactor.
En la figura 3.12 vemos una representación típica del esquema de fuerza
para el arranque directo de un motor mediante contactor.
Los elementos de protección representados son:
−
Un Interruptor automático de curva magnética (Q1) para la
protección contra cortocircuitos y,
−
Un relé térmico (F1) para la protección contra sobrecargas.
El interruptor automático puede ser sustituido por fusibles tipo aM. Otra
posibilidad que existe es sustituir tanto Q1 como F1 por un disyuntor.
En condiciones de funcionamiento normales, la apertura y cierre del
circuito es ejercida por el contactor (KM1)
Figura 3.12 Esquema
de fuerza
El esquema de mando representa los cables que conectan los elementos de mando del contactor
(pulsadores, señalizaciones, etc.).
3.3.1.3 ELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS
COMPONEN EL ESQUEMA DE FUERZA
QUE
Para la elección de los elementos que componen el
circuito de fuerza, es necesario conocer la intensidad
nominal del motor o la carga que se tenga que controlar.
Para la conocer la intensidad nominal del motor tenemos
varias posibilidades:
a- La placa de características del motor (fig. 3.13)
b- Conocido el motor, consultar el catálogo del
fabricante (fig. 3.14)
c- Calcularla.
Figura 3.13 Placa de características de
un motor
Si tenemos que calcular la Intensidad nominal del motor, necesitaremos los siguientes datos:
−
Potencia
−
Rendimiento
−
Factor de potencia (cos ϕ)
−
Tensión
Como se ha dicho al principio de este trabajo, el motor convierte la energía eléctrica en energía
mecánica. Como en todas las transformaciones, hay unas pérdidas. Las pérdidas son debidas a la
resistencia del cable del bobinado del motor, la dispersión del flujo magnético (no se aprovecha todo),
el rozamiento del rotor, etc.
51
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Figura 3.14 Datos de un catálogo de motores ABB
La potencia que figura en la placa de características y el catálogo del fabricante es la potencia
mecánica o útil, por tanto habrá que calcular primero la potencia eléctrica absorbida de la red. Para el
cálculo de la potencia absorbida utilizaremos la siguiente fórmula:
Pab =
Pu
η
Donde:
Pab Potencia eléctrica absorbida de la red
Pu Potencia mecánica o útil
η rendimiento en tanto por uno
Ejemplo 1
Un motor de 5,5 kW tiene un rendimiento del 86%. Calcula la potencia eléctrica.
Solución:
Aplicando la fórmula de la potencia absorbida tenemos:
Pab =
Pu
5,5 ⋅ 1000
=
= 6.395W
η
0,86
Una vez conocida la Potencia eléctrica, calculamos la Intensidad nominal del motor con las siguientes
fórmulas:
In =
Pab
3U cos ϕ
Motor trifásico
[1]
52
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
In =
Pab
U cos ϕ
Motor monofásico
[2]
Una vez conocida la Intensidad nominal, elegimos las características de los elementos de protección
y del contactor del circuito.
Ejemplo 2
Tenemos un motor monofásico con una potencia de 0,75 kW; η = 85%; cos ϕ = 0,8 y tensión U = 230 V. Calcula
la Intensidad nominal.
Solución:
Primero calculamos la potencia eléctrica absorbida:
Pab =
Pu
0,75 ⋅ 1000
=
= 822,4W
η
0,85
Ahora calculamos la Intensidad nominal con la fórmula [2]:
In =
Pab
822,4
=
= 4,46A
U cos ϕ 230 ⋅ 0,8
Ejemplo 3
Una máquina es movida por un motor trifásico con las siguientes características: Potencia 7,5kW; η = 87%; cos
ϕ = 0,9 y tensión U = 400 V. Calcula la Intensidad nominal.
Solución
Primero calculamos la potencia eléctrica absorbida:
Pab =
Pu
7,5 ⋅ 1000
=
= 8620,7W
η
0,87
Ahora calculamos la Intensidad nominal con la fórmula [1]:
In =
Pab
3U cos ϕ
=
8620,7
3 ⋅ 400 ⋅ 0,9
= 13,8A
3.3.1.4 ESQUEMA DE MANDO
En el esquema de mando se representan las conexiones
de los elementos utilizados para el gobierno del contactor
(pulsadores, bobina, etc.)
En la figura 3.15 vemos un esquema de mando típico
para el arranque directo de un motor mediante contactor.
Por el circuito de mando, la intensidad que circula es muy
baja, puesto que la impedancia de los elementos de
consumo (bobinas, pilotos, etc.) es muy elevada.
Figura 3.15 Circuito de mando
Para el cálculo de la intensidad del elemento de
protección, en este caso un magnetotérmico, bastará con
sumar las intensidades de todas las ramas en paralelo.
Las características de consumo las podemos encontrar
en los catálogos de los fabricantes.
53
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Ejemplo 4
En el circuito de mando de la figura 3.15, según los datos del fabricante sabemos que la bobina del contactor
tiene una impedancia de 756 Ω y que los pilotos luminosos tienen un consumo de 2 mA. Calcula la intensidad
total del circuito.
Solución:
Calculamos la intensidad que consume la bobina del contactor:
I=
U 230
=
= 0,30A
Z 756
Como tenemos dos pilotos, la intensidad de los pilotos será:
Ip = 2 · 25 mA = 50 mA = 0,050 A
La intensidad total será:
IT = 0,30 + 0,050 = 0,35 A
3.3.1.5 INVERSIÓN DE GIRO DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
Como ya se indicó en anteriormente, el rotor del motor asíncrono tiende siempre a girar en el mismo
sentido que gira su campo magnético. El sentido de éste depende de la sucesión en que se hayan
aplicado las fases de la línea de alimentación al devanado del estator.
3.3.1.5.1 CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO
Un bobinado trifásico de corriente alterna, alimentado por un sistema trifásico de corrientes, produce
un campo magnético de valor constante, pero giratorio, con velocidad igual a la de sincronismo.
L1-U
L2-V
L1-U
L2-V
L3-W
L3-W
L3-W
W1
N
S
N
S
W2
V1
W1
N
S
W2
V1
S
W2
N
S
W1
V1
S
L2-V
U1
W1
U1
N
N
V1
V2
W1
U2
L1 – U1
−
L2 – V1
−
L3 – W1
Ahora vamos a ver que ocurre con el campo
magnético giratorio cuando cambiamos dos
fases.
U1
S
W2
S
N
N
U2
L3-W
V1
V2
W1
S
N
S
N
W2
V1
U2
En la figura 3.17, las fases se conectan de la
siguiente forma:
U1
V2
W1
N
S
N
S
W2
−
L1 – U1
V1
−
L2 – W1
−
L3 – V1
U2
Figura 3.16. Campo magnético giratorio a derechas
−
L2-V
L3-W
L1-U
W2
V1
L1-U
L1-U
S
S
S
Anteriormente se ha visto como se producía
el campo magnético giratorio. En ese caso,
las fases se conectaban de la siguiente forma
(fig. 3.16):
U2
L3-W
S
W1
N
N
W2
L1-U
L2-V
V2
V2
U2
L2-V
L3-W
U1
N
V2
U2
U2
L2-V
U1
N
V2
L1-U
L2-V
U1
U1
V2
L3-W
L1-U
Recordemos que es el mismo motor.
54
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Como se puede ver en la figura 3.17, el
campo magnético gira en el sentido de las
agujas del reloj. Por tanto, se ha invertido el
sentido de giro.
La inversión de giro es posible
manual o automáticamente
contactores. En este último caso,
de control está compuesto
contactores.
realizarla
mediante
el equipo
de dos
Se debe tener en cuenta que durante la
conmutación tiene que intercalarse una
pausa suficientemente extensa para que se
extinga el arco en el aparato que
desconecta antes de conectar el segundo
aparato de maniobra. Para esto, los
contactores
deben
estar
enclavados
eléctrica y/o mecánicamente.
L1-U
L2-W
L1-U
L3-V
W1
S
N
S
W2
V2
V1
W1
N
S
S
V1
W1
N
S
S
S
V1
W1
N
V1
W1
N
S
N
S
V2
V1
W1
V1
L1-U
L2-W
L3-V
U1
W2
W2
U2
L3-V
S
N
S
L2-W
U1
V2
V2
L1-U
U1
W2
W2
U2
L1-U
S
U1
N
L3-V
L1-U
W1
V2
L2-W
L2-W
V2
W2
U2
L3-V
L2-W
U1
N
U2
L1-U
L2-W
U1
U1
N
L3-V
L3-V
L3-V
V2
L1-U
L2-W
U1
S
N
W2
V2
V1
W1
W2
N
S
S
N
N
V1
Normalmente, en los inversores se utiliza un
sistema muy simple de enclavamiento, el
cual consiste en conectar en serie con la
bobina de un contactor un contacto auxiliar Figura 3.17 Campo magnético giratorio a izquierdas
normalmente cerrado del segundo contactor,
y viceversa. Al propio tiempo, y con objeto de proporcionar una mayor seguridad al conjunto, el
inversor puede disponer de un enclavamiento mecánico.
N
U2
N
U2
U2
S
U2
A continuación se desarrollará un estudio sobre inversores de giro automáticos para el
accionamiento de motores asíncronos trifásicos, exponiéndose, en primer lugar, la parte que hace
referencia al circuito de fuerza y, a continuación, la del circuito de mando.
3.3.1.6
CIRCUITO DE FUERZA DE INVERSORES
TRIFÁSICOS
La inversión de las dos fases, necesaria para efectuar la
inversión de giro de un motor asíncrono trifásico, es
posible realizarla sobre dos contactos cualquiera de los
contactores, lo mismo a la entrada que a la salida de
aquellos.
En la figura 3.18, se indican las conexiones del circuito
principal perteneciente a un inversor de giro para motor
trifásico mediante contactores, pudiéndose comprobar
sobre el mismo que la inversión de las fases (L1 y L3) de
la línea tiene lugar a la salida de los contactos (1 -2 y 5 - 6
) de ambos contactores, permaneciendo inalterable la fase
(L2) de la línea, que se encuentra conectada a los bornes
(3-4) de los mismos.
La conexión del contactor KM1 une las fases (L1 - L2 - L3)
con los extremos (U1 – V1 – W1) del motor,
respectivamente, dando lugar al funcionamiento del motor
con sentido de giro izquierda, mientras que la conexión del
contactor KM2 comunica las fases (L1 - L2 - L3) con (W1 –
V1 – U1), respectivamente, invirtiéndose con ello el sentido
de giro del motor.
Figura 3.18 Esquema de fuerza para la
inversión de giro de un motor
asíncrono trifásico
55
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3.3.1.7 CIRCUITOS DE MANDO DE INVERSORES DE GIRO AUTOMÁTICOS
Además del accionamiento manual por interruptor, podemos realizar diferentes tipos de
accionamientos automáticos. A continuación vamos a enumerar algunos de los tipos que podemos
encontrarnos en la práctica:
−
Inversión de giro pasando por paro: figura 3.19.
−
Inversión de giro sin pasar por paro: figura 3.20.
−
Inversión de giro con un pulsador de marcha y uno de paro e interruptores de posición
−
Inversión de giro con un pulsador de paro y uno de marcha y temporizando la inversión.
Figura 3.19. Circuito de mando para una inversión de giro de
un motor asíncrono trifásico pasando por paro
El resto de esquemas se dejarán para más adelante, una vez se hayan estudiado los detectores y los
temporizadores.
56
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Figura 3.20. Circuito de mando para una inversión de giro de
un motor asíncrono trifásico sin pasar por paro
3.3.2 ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS
TRIFÁSICOS DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO A
TENSIÓN REDUCIDA
Cuando tenemos motores de gran potencia, para
poder cumplir con la tabla 3.1 se tiene que limitar la
intensidad de arranque.
En los motores de rotor en cortocircuito, esto se
efectúa por el arranque a tensión reducida. Los
métodos de arranque a tensión reducida son los
siguientes:
−
Arranque por conmutación estrella triángulo.
−
Arranque por resistencias estatóricas.
−
Arranque por autotransformador.
El principio del arrancador a tensión reducida consiste
en alimentar el motor, durante un cierto período del
arranque, con una tensión inferior a la de la línea, con
lo que la intensidad de arranque se reduce a los
Figura 3.21 Esquema de fuerza para un
arranque estrella/triángulo
57
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
valores deseados, y con ella también el par.
No obstante, hay que tener en cuenta que si bien la intensidad
varía casi en proporción directa con la tensión aplicada, el par
lo hace con el cuadrado de dicha tensión.
3.3.2.1 ARRANQUE POR CONMUTACIÓN ESTRELLA /
TRIÁNGULO
Es el procedimiento de arranque a tensión reducida más
difundido por Europa. Es aplicable a motores de rotor en
cortocircuito (no a todos, depende de la tensión de la línea y la
tensión del motor). El arranque tiene lugar en tres tiempos.
3.3.2.2 ETAPAS DE ARRANQUE
3.3.2.2.1 PRIMER TIEMPO: ACOPLAMIENTO DE LOS
ARROLLAMIENTOS EN ESTRELLA
Figura 3.22 Curvas de par e
intensidad en un arranque estrella
/triángulo
Al estar los bobinados del motor conectados en estrella (fig. 3.23), los bobinados del motor recibirán
una tensión UZ = UL/1,73.
El par de arranque en estrella, que llamaremos M,
estará en la siguiente proporción con respecto al
par nominal Mn:
M
U2
= 2 =
Mn
Un
M=
(
UL
)2
1
3
=
2
3
Un
Mn
3
La corriente de arranque en estrella estará, con
respecto a la corriente de arranque en triángulo,
en la siguiente relación:
ILE = IFE =
ILT = 3IFT =
UL
3ZF
3UL
ZF
UL
ILE
=
ILT
3ZF
3UL
ZF
ILE =
=
1
3
Figura 3.23. Primer tiempo, conexión estrella
ILT
3
Según esto, se deduce que el motor arrancará a tensión
reducida, con una punta de corriente y un par reducidos a 1/3
del valor que tomarían en arranque a plena tensión.
3.3.2.2.2 SEGUNDO TIEMPO: TRANSICIÓN DEL PRIMER
AL SEGUNDO TIEMPO
El paso del primer al segundo tiempo no puede ser inmediato,
ya que la desconexión del motor en estrella tampoco es
instantánea, sino que es un proceso acompañado de arco
Figura 3.24 Cronograma del
arranque estrella triángulo
58
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
eléctrico entre contactos, y hasta que la
desconexión estrella no se ha completado no
puede iniciarse la conexión del motor en triángulo.
De ser así, se produciría un cortocircuito entre las
tres fases de la línea de alimentación a través del
punto de unión en estrella en los puntos U2, V2 y
W2. De aquí viene la necesidad de la etapa de
transición, en la que el motor debe estar
desconectado o, como máximo, con las tres fases
de la línea conectados a los extremos U1, V1 y W1,
pero sin ninguna conexión más.
En un conmutador estrella triángulo a base de
contactores, es obvio, pues, que de coincidir los
contactores estrella y triángulo se produce un
cortocircuito directo. Un sistema para evitarlo es el
empleo de un enclavamiento eléctrico, lo que es
satisfactorio en la mayoría de casos, si bien
introduce una prolongación de la pausa en la etapa
de transición.
Si el motor va sobrecargado o no puede acelerar lo
suficiente en estrella (del orden de 80 al 90% de la
Figura 3.25 Segundo tiempo: apertura de los
velocidad síncrona), el contactor estrella deberá
puentes
cortar una intensidad mucho más alta, lo que puede
dar lugar a que aún no se haya extinguido el arco
eléctrico cuando entre el contactor triángulo, con el consiguiente cortocircuito. Como sea que los
contactores actuales suelen ser muy rápidos (tiempo de actuación ≤ 20 ms) pude ser necesario un
tiempo adicional de pausa entre la desconexión del contactor estrella y la conexión del contactor
triángulo.
3.3.2.2.3 TERCER TIEMPO: ACOPLAMIENTO DE LOS ARROLLAMIENTOS DEL MOTOR EN
CONEXIÓN TRIÁNGULO
El motor adquiere sus características naturales con
una punta elevada de corriente y par (fig. 3.26).
Este procedimiento requiere que el par resistente
originado por la máquina durante el comienzo del
arranque sea muy débil, y que el acoplamiento en
triángulo se efectúe, como mínimo, al 80% de la
velocidad nominal.
El arrancador de este tipo obliga a separar el
motor de la red en el momento de la conmutación,
cuando se encuentra en pleno período de
aceleración.
3.3.2.3 ELECCIÓN DEL RELÉ TÉRMICO
El relé térmico es el elemento más empleado,
asociado a contactores, para la protección del
motor contra las sobrecargas moderadas y
prolongadas.
El relé se suele conectar a la salida del contactor
de línea, con lo que el motor queda protegido tanto
en conexión estrella como en conexión triángulo.
Figura 3.26 Tercer tiempo, conexión triángulo
Otra disposición muy usual para la conexión del relé térmico es colocarlo después de los contactores
59
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
triángulo y estrella. Con ésta conexión, el motor queda protegido tanto en la conexión estrella como
en triángulo. En arranques normales, las posiciones del relé térmico antes descritas son
independientes, y en ambos casos debe ser ajustado a 1 / 3 veces la intensidad nominal del motor
en triángulo.
Si el arranque del motor es pesado o lento, la disposición del relé térmico antes descrita no es
adecuada, puesto que durante la etapa de arranque en estrella es posible que se produzca el disparo
del mismo, desconectando al arrancador. No es correcto ajustar el relé térmico a un valor superior a
0,58 In, ya que entonces queda anulada su condición protectora en marcha normal.
Para estos casos, se puede seguir uno de los dos sistemas siguientes:
a- Conectar el relé térmico a la salida del contactor triángulo y antes de la conexión del
contactor estrella. Con esta conexión el motor no queda protegido en la etapa de arranque.
b- Conectar un relé térmico a la salida del contactor de línea y otro a la salida del contactor de
triángulo y antes del contactor estrella. El relé térmico conectado en la salida del contactor
triángulo debe estar dimensionado para una intensidad de 0,58 In, mientras que el conectado
a la salida del contactor de línea debe regularse en función del tiempo necesario para la
conmutación y la punta de intensidad que tenga en el momento de arranque.
Ejemplo 5
Un motor de 4 kW de potencia útil a 400 V tiene un rendimiento del 85,7% a plena carga y su factor de potencia
es de 0,91. El fabricante nos dice que la relación entre la intensidad de arranque y la nominal es de 7,5. Se pide:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Intensidad nominal.
Intensidad de arranque.
Intensidad máxima permitida en el arranque.
Los componentes del circuito de fuerza.
Intensidad del circuito de mando.
Indica si el arranque estrella/triángulo cumple con la Tabla 1 de la ITC 47
Solución:
1.- Intensidad nominal
Primero calculamos la potencia absorbida:
Pab =
Pu
4 ⋅ 1000
=
= 4667,4W
η
0,857
Ahora calculamos la Intensidad nominal
In =
Pab
3U cos ϕ
=
4667,4
3 ⋅ 400 ⋅ 0,91
= 7,4A
2.- Intensidad de arranque
La intensidad de arranque será:
Ia
= 7,5 ⇒ Ia = 7,5 ⋅ In = 7,5 ⋅ 7,4 = 55,5A
In
Pero al arrancar en estrella, la Intensidad se reduce a la tercera parte. Por tanto:
IaE =
Ia 55,5
=
= 18,5A
3
3
3.- Intensidad máxima permitida en el arranque
60
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Según la tabla 1, para una potencia de 4 kW la relación Ia/In tiene que ser 3. Por tanto:
Ia
= 3 ⇒ Ia = 3 ⋅ In = 3 ⋅ 7,4 = 22,2A
In
4.- Los componentes del circuito de fuerza
Para la protección contra cortocircuitos se elije un interruptor de corte magnético de 10 A. Para la protección
contra sobrecargas, un relé térmico. La intensidad del relé debe ser la de fase:
If =
IL
3
=
7,4
3
= 4,3A
Por tanto, el relé será el LRD – 10.
Para la protección también se puede elegir un disyuntor tipo GV2 – P10. El disparo magnético se produce a 13
veces la intensidad de reglaje máxima (13 x 6,3 = 81,9 A).
El contactor de línea y de triángulo se elegirán para la Intensidad de fase (4,3 A). El modelo es el LC1 – D09.
El contactor estrella puede ser para una intensidad inferior, puesto que su misión es hacer el puente y la
intensidad puede ser la mitad.
5.- Intensidad del circuito de mando
Según el esquema de funcionamiento, sólo estarán dos bobinas de contactor y un pilo de señalización
funcionando al mismo tiempo.
Las bobinas de los contactores tienen una impedancia de 750 Ω a 230 V, y el consumo de los pilotos de
señalización es de 25 mA. Por tanto:
I=
U 230
=
= 0,30A
Z 756
Las dos bobinas: 0,30 · 2 = 0,60 A
La intensidad total es de:
0,60 + 0,025 = 0,625 A
7.- Indica si el arranque estrella/triángulo cumple con la Tabla 1 de la ITC 47
Como al arrancar en estrella la Intensidad de arranque se reduce a la tercera parte, podemos decir que la
relación Ia/In del catálogo se convierte en lo siguiente:
Ia
7,5In
Ia
= 7,5 ⇒ Ia = 7,5In ⇒ Ia =
= 2,5In ⇒
= 2,5
In
3
In
Esta relación es inferior a 3, que es la máxima permitida.
También se pueden comparar las intensidades calculadas en los puntos 2 (Intensidad de arranque) y 3
(Intensidad máxima permitida en el arranque)
18,5 < 22,2
3.3.3 ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS
El principio de este sistema de arranque consiste en intercalar un grupo de resistencias entre la red
de alimentación y el motor durante el período de aceleración.
Mediante la caída de tensión en las resistencias de arranque, se reduce la tensión en bornes del
61
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
motor, limitando la intensidad y el par a unos valores previamente fijados.
Una vez ha transcurrido el periodo de aceleración, las resistencias se eliminan y se aplica la plena
tensión de la línea al motor.
El arranque por resistencias estatóricas, a par inicial
equivalente, proporciona una punta de intensidad
superior a la que se obtendría en el arranque con un
sistema estrella/triángulo o con autotransformador.
La intensidad absorbida por el motor es la misma que
recorre las resistencias, siendo máxima en el
momento de la conexión y descendiendo a medida
que el motor acelera.
Es por ello que la tensión en bornes del motor no es
constante durante el período de aceleración, sino que
aumenta progresivamente con el incremento de la
velocidad, alcanzando al final del arranque un valor
próximo al nominal.
Figura 3.27 Conexión del motor y las
resistencias
Como consecuencia de lo anterior, tendremos un incremento gradual del par con un arranque rápido.
Debido a las resistencias intercaladas, se logra una suavidad en la aceleración y un alto factor de
potencia durante el arranque.
Una ventaja muy importante, con respecto al arranque estrella/triángulo, es el poder tener continuidad
en la alimentación del motor sin existir corte de los arrollamientos, con lo que la transición de
arranque a marcha normal se efectúa sin perdida de velocidad.
a) Reposo
b) Primer tiempo
c) Segundo tiempo
Figura 3.28 Esquema de fuerza y etapas del arranque
La puesta en marcha o arranque se realiza en dos o más etapas:
62
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3.3.3.1.1 PRIMERA ETAPA: RESISTENCIAS INTERCALADAS ENTRE EL MOTOR Y LA LÍNEA
Conexión del motor en estrella o triángulo, según la tensión de línea, y acoplamiento a través de unas
resistencias intercaladas entre la línea de alimentación y el motor.
En las condiciones de la figura 3.28, la punta de intensidad en el arranque se reduce en la misma
proporción en que queda reducida la tensión compuesta del motor con resistencias Un con respecto a
la tensión compuesta de línea U, es decir, en la proporción Un/U.
En cuanto al par de arranque, su valor queda reducido al cuadrado de la citada relación, es decir, la
proporción (Un/U)2.
3.3.3.1.2 SEGUNDA ETAPA: ELIMINACIÓN DE LAS RESISTENCIAS APLICANDO LA TENSIÓN
COMPUESTA DE LÍNEA AL MOTOR (MARCHA NORMAL).
Finaliza el arranque por la eliminación de las resistencias, una vez el motor haya alcanzado una
velocidad cercana a la nominal, con lo que la tensión de línea U queda aplicada a los bornes del
motor, funcionando ya con sus características naturales.
3.3.3.2 CONEXIÓN KUSA
Para conseguir un arranque suave en la puesta en marcha de
motores trifásicos con rotor en jaula de ardilla, se emplea, en
algunos casos, la denominada conexión KUSA (fig 3.29).
Esta conexión consiste en intercalar, en serie con una sola fase
del motor, una única resistencia o reactancia, la cual es eliminada
al finalizar el arranque.
Con este sistema de arranque, el campo magnético del motor
viene desfigurado y el par de giro adquiere una característica
especial, denominada "característica Flyer".
Con la conexión KUSA no se consiguen reducciones de la
intensidad de arranque mencionables. Es más, la intensidad de
arranque en las dos fases sin resistencia es ligeramente superior
al valor que se obtiene con el arranque a plena tensión.
Sí, en cambio, influye este sistema de arranque en el par de giro
del motor, de forma que las máquinas accionadas sensibles a los
golpes del par de giro pueden entrar perfectamente en
funcionamiento, puesto que se consigue reducir el par de
arranque al valor que se desee, desde un valor prácticamente
nulo con fase cortada, al de la plena tensión sin la resistencia
intercalada.
Figura 3.29 arranque KUSA
3.3.3.3 ELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL ARRANCADOR
Los distintos elementos que componen un arrancador estatórico deben ser calculados y elegidos por
separado por el propio usuario, siendo necesario para ello disponer de una serie de datos relativos a
la línea de alimentación, motor y máquina accionada. Nosotros sólo nos fijaremos en los contactores
y el relé térmico.
Como tenemos dos esquemas de conexión, los consideraremos por separado.
3.3.3.3.1 CONTACTORES
1er tiempo. Conexión del contactor KM2.
−
Este contactor deberá estar dimensionado para la intensidad de arranque
63
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
2º tiempo. Conexión del contactor KM1.
−
Este contactor deberá estar dimensionado para una intensidad In o Pn.
3.3.3.3.2 RELÉ TÉRMICO.
−
El relé térmico en un arranque normal lo calibraremos para
una intensidad In.
Si el arranque es lento (arranque pesado), conectaremos dos relés
térmicos, uno a la salida de cada contactor. De este modo,
tendremos uno para el periodo de arranque (resistencias
intercaladas), calibrado para la intensidad de arranque, y otro para
el período de funcionamiento normal, calibrado para In.
3.3.4 ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR
Figura 3.30 Autotransformador
Monofásico en vacío
3.3.4.1 AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO
En la figura 3.30 se representa un autotransformador monofásico
conectado a una tensión de alimentación U1 y frecuencia f, que
entre sus bornes 1U1 y 1U2 del arrollamiento de alta tensión tiene
N1 espiras, mientras que entre sus bornes 1U2 y 1U3 del
arrollamiento de baja tensión tiene N2 espiras.
Cuando el autotransformador funciona en vacío (fig. 3.30), por el
arrollamiento 1U1 - 1U2 circula una intensidad de vacío I0 pequeña
con respecto a la de carga, al tomar el autotransformador
únicamente el valor necesario para mantener el flujo en el circuito
magnético, el cual genera en el arrollamiento primario 1U1 -1U2
una f.e.m. primaria E1.
En el arrollamiento secundario 1U2 - 1U3, el mismo flujo magnético
genera una f.e.m. secundaria E2.
Figura 3.31 Autotransformador
Monofásico en carga
Cuando el autotransformador funciona en carga (fig. 3.31), el circuito secundario es recorrido por la
intensidad de carga o secundaria I2, con lo que el autotransformador absorbe de la línea una
intensidad primaria I1 mayor que la de vacío.
Ello motiva que la intensidad que circula por la parte del arrollamiento común, 1U2 - 1U3, sea la
diferencia entre las intensidades secundaria I2 y primaria.
3.3.4.2
TRIFÁSICO
AUTOTRANSFORMADOR
En un autotransformador trifásico, cada
fase está constituida por un arrollamiento
igual al que se ha expuesto en la figura
3.30, y así en la figura 3.32 se representa
un autotransformador trifásico en estrella
con una toma intermedia.
a) Caja de bornes
b) Conexión estrella
Figura 3.32 Autotrasformador trifásico conectado en
estrella
El cierre en estrella del autotransformador
trifásico de la figura 3.32, y su conexión a
la correspondiente línea trifásica viene
indicado en la figura 3.33.
En un autotransformador, puede elegirse
fácilmente, antes de ponerse en servicio la
máquina accionada, la tensión compuesta
64
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
UT. Para ello puede preverse una serie de tomas en autotransformador trifásico y elegir aquella que
permita fijar el momento de arranque necesario para la máquina accionada.
Los autotransformadores trifásicos están previstos, generalmente, para tensiones compuestas
secundarias comprendidas
entre el 50 y el 80 % de la tensión
nominal o compuesta de línea, siendo
usuales autotransformadores trifásicos
con una, dos o tres tomas, que
suministran tensiones del orden del 50,
65 y 80 % de la nominal, para permitir la
elección de la tensión más adecuada
para el arranque.
El valor de la tensión o tensiones a
emplear y el número de etapas de
arranque es establecido en función del
valor necesario para el momento de
arranque del motor, de su potencia y del
par resistente de la máquina que acciona.
a) Bornes
autotransformador
conectados en
estrella
b) Tensiones en los bornes del
autotransformador conectado en estrella
A medida que el motor va acelerando, se
Figura 3.33 Tensiones en los bornes del
pasa la conexión del mismo a las
autotransformador
sucesivas tomas del autotransformador,
para ir aplicando al motor tensiones cada
vez más altas durante el periodo de arranque, desde un valor determinado por las condiciones
iniciales de arranque, hasta aplicarle la tensión nominal o tensión compuesta de línea, obteniéndose
de esta forma una reducción de la intensidad en la línea de alimentación y del par motor.
El autotransformador se pone fuera de servicio cuando el arranque ha finalizado y al motor trifásico
se le ha aplicado la tensión nominal o compuesta de la línea de alimentación.
Una de las ventajas de este sistema de arranque es que el par de arranque puede ser amoldado a al
par resistente de la máquina a accionar.
Por otra parte, la intensidad que circula por la línea de alimentación o circuito primario del
autotransformador se reduce, aproximadamente, con el cuadrado de la relación de tensión del
secundario al primario.
Las intensidades secundarias, que recorren también el circuito del motor, quedan reducidas en la
misma proporción que las tensiones aplicadas al motor.
Por lo que respecta a los pares de arranque del motor, éstos quedan en la misma proporción que las
intensidades primarias o de línea, ya que varían con el cuadrado de la tensión aplicada al motor.
La puesta en marcha o arranque de un motor mediante el arrancador por autotransformador trifásico
se realiza en dos o más etapas.
3.3.4.3.1 ARRANQUE EN DOS ETAPAS CON CONMUTACIÓN ABIERTAS
Considerando un arranque a tensión reducida en dos etapas mediante el empleo de un
autotransformador trifásico con una toma intermedia (fig. 3.34), se tendrán las etapas que a
continuación se describen.
3.3.4.3.1.1 PRIMERA ETAPA: AUTOTRANSFORMADOR INTERCALADO ENTRE EL MOTOR Y
LA LÍNEA (ARRANQUE)
Conexión del motor en estrella o en triángulo, y alimentación del mismo con tensión reducida a través
65
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
de la correspondiente toma del autotransformador conectado a la línea de alimentación.
La intensidad en el arranque en el lado de la línea o intensidad de arranque primaria IaL, queda
reducida al cuadrado de la relación de tensiones, es decir en la proporción (UT/U)2.
En cuanto al par de arranque con autotransformador MaT, su valor queda reducido en la misma
proporción del punto anterior, es decir, con (UT/U)2.
3.3.4.3.1.2 SEGUNDA ETAPA: DESCONEXIÓN DEL AUTOTRANSFORMADOR APLICANDO LA
TENSIÓN COMPUESTA DE LÍNEA AL MOTOR (MARCHA NORMAL)
Una vez el motor ha alcanzado una velocidad cercana a la de régimen, se procede a desconectar el
autotransformador aplicando la tensión compuesta de línea al motor, el cual queda funcionando con
sus características naturales.
El paso de la primera etapa de arranque a la segunda se considera que se efectúa con conmutación
abierta (llamada transición con circuito abierto, lo que quiere indicar que es una disposición del
circuito con el que la intensidad en el motor es interrumpida durante el paso de una etapa a la otra.
a) Esquema de reposo
b) Primera etapa
c) Segunda etapa
Figura 3.34 Esquema de fuerza y etapas de arranque
3.3.5 MOTOR DE DOS VELOCIDADES CON UN ARROLLAMIENTO CONMUTABLE EN
CONEXIÓN DAHLANDER
Con el empleo de este tipo de conexión en un solo arrollamiento, se obtiene el máximo rendimiento al
mejorar el aprovechamiento de los motores trifásicos de polos conmutables. El aprovechamiento es
relativamente grande, y referido al arrollamiento con mayor número de polos (velocidad menor), aquél
viene a ser de un 80% de la potencia correspondiente del motor trifásico con una sola velocidad.
Con este sistema de conexión se puede establecer una relación de velocidades de 2:1; por ejemplo 4
y 8 polos, lo que a una frecuencia de 50 Hz dan una relación de velocidades de 1500 y 750 r.p.m.
66
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
respectivamente.
La conexión Dahlander se caracteriza por subdividir el arrollamiento de cada fase en dos mitades
iguales con una toma central en cada una de ellas, y previsto de forma que origine p o 2p polos, para
que con una adecuada conmutación sobre la placa de bornes del motor se obtenga la velocidad
a) Motor desconectado
b) Motor conectado con
baja velocidad
c) Motor conectado con alta velocidad
Figura 3.35 Conexionado del motor Dahalander para baja y alta velocidad
deseada (fig. 3.35).
De forma elemental, el principio de esta conexión se basa en que si las dos mitades en que se ha
subdividido el arrollamiento de cada fase se conecta en serie, el número de polos obtenido es el
doble que si conectan en paralelo.
Figura 3.36 Datos de catálogo de motores de dos velocidades, conexión Dahlander
3.3.5.1 ELEMENTOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DAHLANDER POR
CONTACTORES EN CONEXIÓN TRIÁNGULO/DOBLE ESTRELLA
En la velocidad baja es necesario aplicar la línea de alimentación a los bornes U1, V1 y W1, mientras
que en la velocidad alta es necesario aplicarla a los bornes U2, V2 y W2 y unir entre sí los bornes U1,
V1 y W1.
Consecuentemente, para la velocidad baja se precisa, como mínimo un contactor tripolar, mientras
que para la velocidad alta se precisa, como mínimo, un contactor de cinco polos o dos contactores
tripolares para efectuar las citadas uniones.
Los contactores que deben conectarse durante la velocidad alta y baja deben estar enclavados entre
sí para evitar la simultaneidad de las dos conexiones. Lo mismo que el de velocidad alta y estrella lo
deben estar para evitar un cortocircuito.
67
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Se dispondrá de dos relés térmicos, uno para cada velocidad.
a) Circuito en reposo
b) Velocidad lenta
c) Velocidad rápida
Figura 3.36 Esquema de fuerza y etapas de arranque
3.3.6 MOTOR DE ANILLOS ROZANTES O ROTOR BOBINADO
3.3.6.1 GENERALIDADES
En el motor de anillos rozantes es posible intercalar, en serie con el arrollamiento del rotor, una
resistencia adicional regulable que permite ajustar el par y la intensidad de arranque a valores
adecuados, existiendo también la posibilidad de regular la velocidad del motor entre ciertos límites.
Si este motor arranca en una sola etapa, es decir,
con el arrollamiento rotórico cortocircuitado, se
tiene una elevada punta de intensidad y un bajo
momento de arranque que pueden ser
inadmisibles, de forma similar a lo que ocurre con
el motor de rotor en cortocircuito. Por ello, en ese
tipo de motor no se emplea el arranque directo con
el arrollamiento rotórico cortocircuitado.
Figura 3.38 Corte de un motor de rotor bobinado
Lo correcto es, pues, que a la vez que se alimenta
el estator a la plena tensión de la línea de
alimentación, se intercale la resistencia adicional
en serie con el arrollamiento del rotor.
Este sistema de arranque permite adaptar el par de arranque y las puntas de intensidad
correspondientes a las características propias de la instalación, y se desarrolla por eliminación
progresiva de las resistencias intercaladas en el circuito rotórico.
La eliminación de la resistencia intercalada en serie con el arrollamiento rotórico puede efectuarse en
dos o más etapas de arranque, adaptando así progresivamente los valores de la intensidad y del
momento.
3.3.6.2 ESTATOR DEL MOTOR
El estator del motor de anillos rozantes no se diferencia en nada del motor de rotor en cortocircuito.
Está formada por una carcasa a la que está fijada una corona de chapas magnéticas con unas
ranuras en las que se dispone el bobinado del estator.
3.3.6.3 ROTOR DEL MOTOR.
Es la parte móvil del motor, y está constituido por un paquete de chapas magnéticas con unas
68
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
ranuras para alojar un arrollamiento similar
al del estator (fig. 3.39).
El arrollamiento del rotor generalmente es
trifásico, aunque en algunos casos el
constructor adopta un arrollamiento
bifásico (aunque el estator sea trifásico),
con objeto de poder simplificar la
resistencia adicional de arranque.
Figura 3.39 Rotor
La conexión del arrollamiento normalmente
viene efectuada en estrella, con los extremos libres conectados a tres anillos solidarios con el rotor,
sobre los que descansan sendas escobillas. De aquí el nombre de rotor bobinado o rotor de anillos.
Cuando el motor ya está casi o completamente arrancado, las escobillas se unen entre sí, con lo que
el arrollamiento del rotor queda cortocircuitado.
3.3.6.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La conexión del estator a una línea trifásica
origina una corriente alterna en cada grupo de
bobinas con un desfase entre ellas de 120º, que
da lugar a otros tantos campos o flujos
magnéticos alternos desfasados entre sí tanto en
el espacio como en el tiempo.
La composición de los tres flujos magnéticos da
lugar a un único flujo de amplitud constante que
gira en un sentido que está determinado por la
sucesión de fases en que hayan sido aplicadas las
tres fases de la línea de alimentación, y que corta
tanto a los conductores del estator como del rotor.
Tanto en el estator como en el rotor se inducen
Figura 3.40 Esquema de fuerza para el arranque
fuerzas
electromotrices
(en
el
estator
de un motor de rotor bobinado en 4 etapas
contraelectromotrices) que dan lugar a corrientes
que recorren el arrollamiento y la resistencia adicional. Estas corrientes reaccionan con el flujo
magnético giratorio dando lugar a un par motor suficiente para vencer el par resistente y provocar el
giro del rotor, que es desplazado en el mismo sentido que el flujo magnético giratorio.
Como características sobresalientes del arrollamiento rotórico se tienen:
1. La tensión rotórica medida entre anillos con el rotor bloqueado y su circuito abierto.
2. La intensidad rotórica a la potencia nominal con el arrollamiento rotórico en cortocircuito.
3.3.6.5 ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR
Tomando como base la expresión del deslizamiento, pueden considerarse distintos estados de
funcionamiento característicos del motor:
3.3.6.5.1 MARCHA EN SINCRONISMO
Si el rotor se hace girar a una velocidad N2 igual a la del flujo magnético giratorio N1, no existe
velocidad relativa entre ambos, por lo que el deslizamiento es nulo.
La f.e.m. inducida en el rotor es nula y también la intensidad retórica, con lo que el par motor es
también nulo.
Por consiguiente la marcha en sincronismo solo es posible sin par resistente alguno.
69
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
3.3.6.5.2 MARCHA EN VACÍO
Prácticamente se considera que coincide con el caso anterior, es decir, sin par resistente aplicado al
eje.
El motor absorbe la intensidad de vacío, que es la necesaria para originar el flujo magnético giratorio
y un par motor suficiente para vencer las resistencias propias del motor.
1ª etapa
2ª etapa
3ª etapa
4ª etapa
Figura 3.41. Etapas del arranque de un motor de rotor bobinado en 4 etapas
3.3.6.5.3 MARCHA EN HIPOSINCRONISMO
Este es el caso más normal de funcionamiento. Tenemos un deslizamiento mayor que cero.
En estas condiciones, se induce una f.e.m. en los conductores del rotor que es proporcional al
deslizamiento, y da lugar a que por ellos circule una intensidad.
70
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Tendremos un par motor proporcional a la intensidad del rotor y capaz de vencer un par resistente
aplicado al eje.
3.3.6.5.4 MARCHA EN HIPERSINCRONISMO
Si hacemos girar el rotor aplicando un par ajeno al originado por el flujo magnético y a una velocidad
superior a la de sincronismo, la velocidad relativa del rotor con respecto al flujo magnético, y por
consiguiente la f.e.m. e intensidad rotórica, se invierten con respecto al caso anterior.
También se invierte el par motor, que actúa en estas condiciones en sentido opuesto a la marcha del
motor, es decir, como si se tratase de un par resistente.
En este caso, la máquina funciona como generador. Esta situación se aprovecha en las grúas, en el
movimiento de descenso, para limitar la velocidad.
Velocidad del rotor (N2)
Inducción de f.e.m.
Intensidad en el rotor
Par
Funcionamiento
e
SINCRONISMO /VACíO
N2 = N1
v rotor = v estator
f.e.m. = 0
I=0
M=0
En vacío
HIPOSINCRONISMO
N2 > N1
v rotor > v estator
f.e.m. > 0
I>0
M>0
Normal
HIPERSINCRONISMO
N2 < N1
v rotor < v estator
f.e.m. < 0
I<0
M<0
Como generador
Tabla 3.2 Resumen de los estados de funcionamiento del motor de rotor bobinado
La resistencia adicional está formada por un conjunto de parrillas de chapa estampada conectadas
de forma adecuada, con objeto de obtener el valor óhmico fijo y la capacidad de conducción
deseados, las cuales son maniobradas mediante contactores con sus correspondientes
temporizadores o relés de intensidad, tensión o frecuencia.
El número de etapas se elige considerando el número de puntos de velocidad necesarios para
regular la misma, y el grado de suavidad deseado en la aceleración del motor.
La eliminación de resistencias se efectúa generalmente:
TIPO DE RELÉ
Temporizadores
De tensión,
frecuencia, etc.
SISTEMA DE
ELIMINACIÓN
A tiempos fijos
En
función
resistente
del
ACONSEJABLE
−
−
par
−
En equipos que accionan máquinas de par constante
En equipos que accionan máquinas de par variable efectuando
arranques poco frecuentes (menos de 6 maniobras hora)
En equipos que accionan máquinas de par variable, efectuando
arranques frecuentes (más de 6 arranques hora)
Tiempo
de
arranque
variable con la carga
Tabla 3.3 Tipos de relé utilizados para la eliminación de resistencias
P
kW
30
37
45
55
75
90
110
132
160
200
In
A
58,4
68,4
81,1
96,1
147
171,2
212
248
288,2
364
Cos ϕ
0,82
0,86
0,88
0,90
0,81
0,82
0.82
0,83
0,85
0,85
η
%
89,5
90,2
91,1
91,5
90,7
91,9
91,7
91,7
93,8
93,3
Mn
Nm
296
363
442
540
737
883
1080
1294
1554
1947
Ur
V
250
351
316
412
200
232
275
302
380
424
Ir
A
74
65
86
82
248
238
249
250
258
287
Tabla 3.4 Características de los motores de rotor bobinado
71
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Motores de jaula
Motores de anillos
Arranque directo
Arranque Dahlander
Arranque
estrella-triángulo
Arranque estatórico
Arranque por
autotransformador
Arrancador progresivo
Arranque rotórico
Corriente
de arranque
Sobrecarga
de la línea
Par en %
de Md
Par inicial
de arranque
100%
50%
33%
70%
40 / 65 / 80%
Regulable de 25 a 75%
(potenciómetro)
70%
4 a 8 In
2 a 4 In
1,3 a 2,6 In
4,5 In
1,7 a 4 In
100%
50%
33%
50%
40 / 65 / 80 %
Regulable de 10 a 70%
0,6 a 1,5 Mn
0,3 a 0,75 Mn
0,2 a 0,5 Mn
0,6 a 0,85 Mn
0,4 a 0,85 Mn
Regulable de 0,1 a 0,7
Mn
< 2,5 Mn
Mando
Todo o nada
Todo o nada
Todo o nada
1 posición fija
3 posiciones fijas
Progresivo
De 1 a 5 posiciones
< 2,5 In
Motor de jaula económico y robusto
Ventajas
Arrancador simple
Económico
Par de arranque
importante
Simple
Par de arranque más
elevado que en estrella
triángulo
Sin corte de alimentación
durante el arranque
Arrancador económico
Buena relación
par/corriente
Posibilidad de ajuste de
los valores en el arranque
durante el arranque
Fuerte reducción de las
puntas de corriente
transitorias
Buena relación par/corriente
Posibilidad de ajuste de los
valores en el arranque
durante el arranque
Regulable durante la
puesta en servicio
Dimensiones reducidas
Estático
Adaptable a cualquier
ciclo
Excelente relación
par/corriente
Posibilidad de ajuste de
los valores en el
arranque
durante el arranque
Inconvenientes
Punta de
corriente muy
importante
Arranque brutal
Sin posibilidad de ajuste
Motor especial
Red especial
Par de arranque débil
Sin posibilidad de
ajuste
Corte de alimentación
en el cambio de
acoplamiento y
fenómenos transitorios
Motor de 6 bornas
Débil reducción de la
punta de arranque
Necesidad de
resistencias voluminosas
Necesidad de un
autotransformador costoso
Implica riesgos en redes con
perturbaciones
Genera perturbaciones
Motor de anillos más
costoso
Necesita resistencias
Tiempos de
arranque
Aplicaciones
habituales
2 a 3 segundos
3 a 6 segundos
3 a 7 segundos
7 a 12 segundos
7 a 12 segundos
Pequeñas
máquinas, aunque
arranquen a plena
carga
Máquinas que arrancan
en vacío o a poca carga
(compresores para
grupos de climatización)
Máquinas que
arrancan en vacío
Ventiladores y bombas
centrífugas de poca
potencia
Máquinas de elevada
inercia sin problemas
especiales de par ni de
corriente en el arranque
Máquinas de elevada
potencia o inercia, en casos
en los que la reducción de la
punta de corriente sea un
criterio importante
Regulable de 1
a 60 segundos
Bombas, ventiladores,
compresores,
transportadores
3 tiempos 2,5 s
4 y 5 tiempos 5 s
Máquinas de arranque en
carga, de arranque
progresivo, etc.
Tabla 3.5 Resumen de los sistemas de arranque de los motores
72
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
ANEXO A
A.1 MAGNETISMO
Desde la antigüedad se conoce el poder de atracción que tienen unos materiales sobre el
hierro. A estos materiales se les denomina imanes.
Todos los imanes tienen dos propiedades peculiares:
1. Atraen el hierro y lo retienen (efecto de
fuerza).
2. Si se pueden mover libremente, se sitúan en
dirección norte-sur (efecto de orientación).
Figura A.1. Polos magnéticos
A.2 POLOS MAGNÉTICOS
Si se introduce en un montón de limaduras
de hierro un imán recto, éste las atrae. En
la figura A.1 se indica la distribución de las
limaduras.
Los extremos del imán atraen gran cantidad
de limaduras de hierro, mientras que en el
centro apenas hay. Los puntos de máxima
atracción se denominan polos del imán. En
concordancia con su efecto de orientación,
cada imán tiene un polo norte y otro sur.
Figura A.2. Atracción y repulsión de los polos
magnéticos
Si se observa el comportamiento mutuo de
dos imanes, se constata que sus polos
ejercen fuerzas entre sí, como se indica en
la figura A.2.
A.3 EL CAMPO MAGNÉTICO
El espacio en que actúan fuerzas
magnéticas
se
denomina
campo
magnético. Este se forma, por ejemplo,
entre los extremos de un imán recto
Figura A.3. Limaduras de hierro alrededor de un
imán
Es posible visualizar los campos magnéticos. Si por encima de un imán se coloca un papel
tensado en un marco y se esparcen sobre él limaduras de hierro, éstas se ordenan, como
consecuencia de la fuerza que actúa sobre ellas, formando líneas. Por este motivo, se habla de
las líneas de fuerza o del campo magnético. Hay que imaginarse el espacio alrededor del imán
atravesado por líneas de fuerza.
En la figura A.3 se muestra la disposición de
las limaduras de hierro en el campo
magnético de un imán recto.
A.4 FLUJO MAGNÉTICO
Si se dibuja el resultado del experimento
realizado con limaduras de hierro se obtiene
la figura A.4:
Las líneas a trazos indican el recorrido de
las líneas de fuerza. Para representar el
Figura A.4. Representación del campo
magnético
73
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
flujo magnético, basta con dibujar algunas de las líneas.
Las líneas de fuerza no sólo existen fuera del imán, sino que también recorren su interior. De ello
se deduce la siguiente regla:
Las líneas de fuerza de un campo magnético son siempre cerradas.
Todas las líneas de fuerza de un campo magnético constituyen el flujo magnético.
El flujo se representa por la letra griega φ (fi) y su unidad se llama Weber (Wb).
A.5 DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO
Los campos magnéticos ejercen fuerzas que son tanto más
intensas cuanto mayor sea el número de líneas de fuerza que
contiene el campo correspondiente, es decir, cuanto más juntas
estén dichas líneas de fuerza.
La fuerza que actúa entre dos imanes rectos alcanza su valor
máximo en los polos (repulsión o atracción), porque el flujo
magnético tiene en ellos su densidad máxima.
La densidad del flujo magnético expresa el efecto del campo.
También se denomina inducción magnética. Se representa por
la letra B y su unidad es la Tesla (T)
Figura A.5.Comprobación
del campo magnético
creado por una corriente
A.6 ELECROMAGNETISMO
Al circular una corriente eléctrica por un conductor, se forma un campo magnético sin que se
precise para ello un material ferromagnético. Esto se demuestra con un sencillo experimento:
Si se hace circular una corriente continua por un alambre, la aguja de una brújula situada en las
proximidades del alambre se desviará de su posición de reposo mientras circule la corriente.
Sobre la aguja de la brújula actúa una fuerza a lo largo de todo el alambre. De ello se deduce:
En las proximidades de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se forma un
campo magnético.
A.7 DISTRIBUCIÓN DEL CAMPO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR
Las líneas de fuerza de un conductor recto por el que circula una corriente eléctrica, son
círculos cuyo centro común se encuentra en el conductor.
Como el campo magnético se extiende a lo largo de todo el
conductor, hay que imaginarse las líneas de fuerza muy juntas, casi
formando tubos alrededor del conductor. En todos los conductores
por los que circula una corriente eléctrica (incluso líquidos y
gases), se forman campos magnéticos.
La densidad del flujo magnético alcanza su valor máximo en la
superficie del conductor, y disminuye a medida que aumenta la
distancia con respecto a éste, siendo indiferente que el alambre
esté provisto de una envoltura aislante o no, pues en los
materiales que no son magnéticos el campo magnético se
produce de forma aproximadamente igual a como ocurre en el
aire.
Figura A.6. Distribución
del campo magnético
alrededor de un
conductor
La figura A.6 muestra las líneas de fuerza originadas por el paso de la corriente eléctrica. La
separación entre ellas, que se incremento de dentro a fuera, representa la disminución de la
74
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
densidad del flujo magnético a medida que aumenta la distancia con respecto al conductor.
A.8 SENTIDO DEL CAMPO MAGNÉTICO
Si se desplaza la aguja de una brújula en una órbita circular
alrededor del conductor por el que circula una corriente eléctrica de
intensidad suficiente, dicha aguja se colocará siempre
perpendicularmente al radio, indicando así el sentido de las líneas
de fuerza.
Por convenio, se ha fijado que el polo norte de la aguja de una
brújula señala el sentido de las líneas de fuerza (fig A.7).
Figura A.7. Sentido del
campo magnético
A.9 INDICACIÓN DEL SENTIDO DE LA CORRIENTE
Para caracterizar el sentido de circulación de la corriente en un dibujo, se utilizan dos símbolos:
una cruz y un punto. Estos símbolos se derivan de una flecha que señala en el sentido de la
corriente.
Si se mira en el sentido de circulación de la
corriente, se ven las aletas de
estabilización de la flecha, que se
representan esquemáticamente mediante
una cruz.
Figura A.8. Sentido de la corriente
Si se mira en el sentido contrario al de circulación de la corriente, se ve la punta de la flecha, que
se representa mediante un punto.
En la figura A.9 se muestra la caracterización del sentido
de la corriente, tomando como ejemplo dos conductores.
A.10 SENTIDO DE LA CORRIENTE Y DEL CAMPO
En la figura A.10 se muestra la relación que existe entre el
sentido de circulación de la corriente y el del campo
magnético:
Figura A.9. Sentido de la
corriente en los conductores
En lugar de la aguja de una brújula, se ha dibujado en las
líneas de fuerza anulares una flecha, cuya punta indica el
sentido de dichas líneas de fuerza.
Figura A.10. Sentido del campo y
la corriente
Si se mira en la dirección de circulación de la corriente, las
líneas de fuerza discurren alrededor del conductor en el
sentido de las agujas del reloj.
A.11 REGLA DEL SACACORCHOS
Para retener en la memoria la relación que existe entre el sentido de la corriente y el del campo
magnético, hay diversas reglas. Una de ellas es la «regla del sacacorchos».
Suponiendo que un sacacorchos se introduce en el
conductor, avanzando en la dirección en que circula
la corriente, su sentido de giro equivale al de las
líneas de fuerza (fig. A.11).
A.12 CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRA
Como se ha dicho anteriormente, alrededor de un
conductor por el que circula una corriente eléctrica,
se forma un campo magnético, que se extiende a
Figura A.11. Regla del sacacorchos
75
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
todo lo largo del conductor.
Estos campos magnéticos son muy débiles. Se pueden aumentar elevando la intensidad de la
corriente que circula por el conductor.
Si se dobla el conductor formando una espira, en la superficie
de ésta se concentran las líneas de fuerza y, como
consecuencia, aumenta el campo magnético, como se muestra
en la figura A.12.
A.13 CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA
En la figura A.13 se muestra el campo magnético de una bobina
formada por varias espiras de hilo conductor.
Figura A.12. Campo
Los campos magnéticos de las diversas espiras se suman,
magnético en una espira
formando el campo magnético total de la bobina.
Este es muy concentrado y rectilíneo en el interior de la bobina.
Las distancias entre las diversas líneas de fuerza son iguales.
Fuera de la bobina, las líneas de fuerza se separan y se cierran
formando un arco más o menos grande alrededor de ella.
Figura A.13. campo
magnético en una bobina
Por consiguiente, en el interior de la bobina la densidad del flujo
magnético es mucho mayor que fuera de ella. Además, el campo
magnético en el interior es homogéneo.
A.14 DETERMINACIÓN DE LOS POLOS DE UNA BOBINA
El campo magnético de una bobina es similar al
de un imán recto. En este último, el punto de
salida de las líneas de fuerza se considera como
polo norte, y el de entrada como polo sur.
Los puntos de salida y de entrada de las líneas
de fuerza de una bobina por la que circula una
corriente eléctrica, es decir, los polos norte y
sur, se pueden determinar fácilmente mediante la
regla de las agujas del reloj (fig. A.14):
Si la corriente circula en el mismo sentido que
las agujas del reloj, se mira sobre el polo sur
de la bobina.
Figura A.14. Polos de una bobina
Si la corriente circula en el sentido contrario al de las agujas del reloj, se mira sobre el polo
norte de la bobina.
A.15 FUERZAS ENTRE LOS CAMPOS
MAGNÉTICOS DE UN IMÁN Y UN
CONDUCTOR
Cuando un conductor por el que circula una
corriente es introducido en un campo
magnético, el conductor tiende a desplazarse
La figura A.15 muestra un conductor por el
que circula una corriente I y está bajo la
acción del campo magnético de inducción B.
El paso de corriente I por el conductor
produce un campo magnético circular (figura
Figura A.15. acción entre un campo magnético
y el campo de un conductor
76
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
A.16a), que se superpone al campo creado por los imanes (figura A.16b) y da lugar a un
campo resultante (figura A.16c).
El campo magnético resultante se ha distorsionado, por lo que aparece una fuerza F que actúa
sobre cada línea de campo, tendiendo a acortar su trayectoria como si fuera un hilo elástico.
a) campo magnético producido por
un conductor
b) campo magnético producido
por dos polos magnéticos
c) resultante de los campos
magnéticos
Figura A.16 composición de fuerzas entre los campos magnético creados
por un conductor y dos polos magnéticos
A.16 VALOR DE LA FUERZA ELECTROMAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR
La fuerza electromagnética desarrollada sobre
un conductor es proporcional:
−
−
−
−
A la inducción. (B)
A la intensidad que circula por el
conductor (I)
A la longitud del conductor (l)
Al seno del ángulo formado por la
inducción y el conductor (sen α)
F = B l I sen α
Si las direcciones de la inducción B y del
conductor son perpendiculares, (α=90º) y sen α
= 1, con lo que:
Figura A.17 Valor de fuerza electromagnética
en un conductor
F=BIl
La fuerza vendría en Newton (N)
A.17
SENTIDO
DE
LA
ELECTROMAGNÉTICA PRODUCIDA
CONDUCTOR
FUERZA
EN UN
El sentido de la fuerza electromagnética
desarrollada sobre un conductor se determina
aplicando la regla de Fleming o de la mano derecha.
Al cerrar el interruptor (figura A.18), se observará un
movimiento del conductor, que se desplaza sobre
dos carriles conductores en la dirección de la flecha,
según resulta de aplicar la regla de Fleming.
A.18
APLICACIÓN
DE
LA
ELECTROMAGNÉTICA AL MOTOR
FUERZA
Figura A.18 Sentido de la fuerza
electromagnética producida en un
conductor
Una de las principales aplicaciones de la fuerza electromagnética es el electromotor o motor
77
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
eléctrico, en el que se busca la disposición de los conductores del inducido (estator) de forma
que se sume la fuerza electromagnética en todos ellos, para crear así un par electromagnético
que hará girar el inducido (rotor). El sentido de giro se determina aplicando la regla de la mano
izquierda (fig. A.19) a cualquier conductor que esté bajo la
Movimiento
acción del campo magnético.
La regla de la mano izquierda usa los dedos pulgar, índice y
corazón de dicha mano, abiertos y formando ángulos rectos
entre sí. Los tres dedos representan:
−
−
−
Pulgar: el sentido del movimiento del conductor.
Indice: el sentido del campo mágnético (norte –
sur)
Corazón: el sentido de la corriente
Campo
Corriente
Figura A.19 Regla de la mano
izquierda
Como recordatorio o regla nemotécnica, se utiliza las dos primeras letras de cada palabra (MOCA-CO)
78
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
PROBLEMAS PARA RESOLVER
Ejemplo 1
Calcula la potencia absorbida de los motores de la siguiente tabla
1
2
3
4
5
6
7
8
9
P
(kW)
1.10
1.50
2.20
3,00
4,00
5.50
7.50
11,00
15,00
η
%
74.4
80.0
80.0
84.5
85.5
86.0
89.3
89.8
90.8
Pab
(kW)
Ejemplo 2
Calcula la Intensidad nominal de los siguientes motores monofásicos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P
(kW
)
0.18
0.25
0.3
0.37
0.55
0.65
1.3
1.5
1.85
2.2
η
%
Cos
ϕ
55.0
57.5
62.0
64.0
64.0
67.0
72.0
73.0
75.5
78.5
0.95
0.95
0.95
0.95
0.91
0.91
0.99
0.99
0.99
0.99
Pab
(kW
)
In
(A)
Ejemplo 3
Calcula la Intensidad nominal de los siguientes motores trifásicos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P
(kW)
η
%
0.75
1.10
1.50
1.50
2.20
3,00
4,00
5.50
7.50
11,00
72.0
73.0
73.5
74.5
80.5
82.0
84.1
84.7
86.3
89.6
Cos
ϕ
Pab
(kW
)
In
(A
)
0.59
0.64
0.70
0.65
0.67
0.68
0.69
0.70
0.70
0.76
79
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Ejemplo 4
Para los motores de la tabla siguiente, calcula:
a.
b.
c.
d.
Intensidad nominal.
Intensidad de arranque
Par de arranque
Indica si el arranque estrella – triángulo cumple con la Tabla 1 de la ITC 47
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P
(kW
)
1.1
1.5
2.2
3
5.5
4
5.5
7.5
11
15
η
%
Cos
ϕ
Ia/In
Mn
Nm
Ma/Mn
82.8
85.9
85.8
87.6
85.0
87.7
88.6
90.9
91.0
91.3
0.85
0.87
0.87
0.86
0.83
0.93
0.88
0.90
0.88
0.90
8.1
7.7
7.4
10.0
7.0
7.5
9.2
11.0
6.2
6.4
3.69
5
7.3
9.9
18
13.4
18.1
24.6
36
49
4.2
2.7
3.0
3.9
2.8
2.6
3.8
5.1
2.1
2.3
Pab
(kW
)
In
(A
)
Ia
(A
)
Ma
Nm
Cumple
ITC 47
80
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
CUESTIONARIO
Num
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
CONSTITUCIÓN DEL MOTOR
Pregunta
El motor eléctrico es una máquina que convierte energía mecánica en energía eléctrica
El motor eléctrico está compuesto por estator y rotor
El estator es la parte del motor que gira
Está formado por una sola pieza de hierro
En las ranuras del estator hay tantos circuitos como fases
El rotor es la parte móvil de motor
El rotor está situado dentro del estator
El rotor está formado por chapas de acero
El rotor tiene forma un paralelepípedo
El rotor de jaula de ardilla tiene conductores de acero
Los conductores del rotor están cortocircuitados
Un motor trifásico tiene tres bobinas
Un motor trifásico tiene sólo tres bornes
Los bornes del motor se denominan U, V y W
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR
La velocidad del motor se mide en km/h
La velocidad del motor depende del número de polos
La velocidad del rotor es la misma que la del campo magnético giratorio
El campo magnético giratorio lo producen las bobinas del estator
Los motores trifásicos se pueden conectar en estrella o triángulo
En la conexión triángulo se conecta el principio de un bobina con el final de la otra
En la conexión triángulo la tensión de fase es mayor que la de línea
En la conexión triángulo la intensidad de línea y de fase son iguales
En la conexión estrella se conectan todos los finales de bobina entre sí
En la conexión estrella la tensión de fase y la de línea son iguales
En la conexión estrella la intensidad de línea es menor que la de fase
ARRANQUE DIRECTO
En el arranque directo el estator se acopla a la red por medio de unas resistencias
La punta de intensidad puede llegar hasta 8 veces la In
La punta del par puede llegar hasta 2 veces Mn
Este tipo de arranque es el ideal para los montacargas
La ITC 47 limita la intensidad de arranque para motores superiores a 0,75 Kw
Un motor 400/690 V y línea de 230/400 V se conecta en estrella
Un motor 230/400 V y línea de 230/400 V se conecta en estrella
En un motor la tensión mayor corresponde a la tensión de estrella
En un motor la tensión menor corresponde a la tensión de estrella
Para la conexión de un motor con arranque directo necesitamos dos contactores
Para la protección del motor se necesita un disyuntor adecuado
La potencia útil de un motor es mayor que la absorbida de la red
Para el cálculo de la potencia absorbida de la red, el rendimiento se aplica en tanto por
cien
INVERSIÓN DE GIRO
El rotor no gira siempre en el mismo sentido que el campo magnético giratorio
El sentido de giro del campo magnético giratorio lo determina la sucesión de fases
Cambiando al conexión de dos fases se cambia el sentido de giro de un motor trifásico
Para el automatismo de una inversión de giro se necesitan dos contactores
Los dos contactores utilizados en la inversión de giro pueden conectarse al mismo
tiempo
Los contactores utilizados en la inversión de giro deben estar enclavados
El cambio de las dos fases se realiza en el circuito de mando
V
F
81
EL MOTOR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
I.E.S.María Ibars
ARRANQUE POR CONMUTACIÓN ESTRELLA - TRIÁNGULO
Es un tipo de arranque directo
El arranque estrella – triángulo tiene tres etapas
En la primera etapa se conecta el motor en triángulo
La segunda etapa se desconectan los puentes del motor
En la tercera etapa se conecta el motor en triángulo
Para la conmutación estrella – triángulo se necesitan tres contactores
El contactor estrella y el contactor triángulo pueden activarse al mismo tiempo
En el arranque por conmutación estrella triángulo no existe desconexión del motor
La intensidad en el momento del arranque se reduce a raíz de 3
El par en el momento del arranque se reduce a la tercera parte
Si el motor se protege por medio de un interruptor de curva magnética, la In de éste
será de acuerdo con la In del motor
Los contactores de línea y triángulo serán para una intensidad igual a la In del motor
El contactor de estrella puede ser para una intensidad la mitad de In del motor
El relé térmico será para una In del 58% de In del motor
La tensión nominal de un motor es la tensión de estrella
ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS
Es un tipo de arranque a tensión reducida
Las resistencias se intercalan antes de aplicar la plena tensión
Cuando las resistencias están intercaladas, en bornes de las bobinas del motor se mide
la tensión nominal
Normalmente se arranca en dos etapas
Se necesitan dos contactores
Los dos contactores no pueden estar conectados al mismo tiempo
La intensidad en bornes del motor aumenta según aumenta la velocidad
La punta de intensidad en el arranque se reduce con el cuadrado de la reducción de
tensión
La punta de par se reduce con el cuadrado de la reducción de tensión
El arranque KUSA utiliza dos resistencias estatóricas
ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR
Los autotransformadores utilizados para arranques de motores tienen tensiones de
secundario de 20%, 40% y 70 %
El autotransformador se pone fuera servicio cuando el arranque ha finalizado
El par de arranque es fijo
La intensidad de línea se reduce con el cuadrado de la relación de tensión del
secundario al primario
Las intensidades secundarias se reducen con el cuadrado de la relación de tensión del
secundario al primario
El par de arranque se reduce en la misma proporción que las intensidades primarias
En el arranque en dos etapas lo primero es dejar el punto de estrella del
autotransformador abierto
La segunda etapa es cortocircuitar el transformador y abrir el punto de estrella
MOTOR DE DOS VELOCIDADES. CONEXIÓN DAHLANDER
El motor Dahlander tiene dos bobinados
La relación de velocidades es 3 a 1
El arrollamiento de mayor número de polos es el de mayor velocidad
El arrollamiento de menor número de polos es el de mayor velocidad
La conexión Dahlander subdivide el arrollamiento de cada fase en dos mitades
En la velocidad alta, la alimentación se aplica a los bornes U1, V1 y W1
En la velocidad baja, la alimentación se aplica a los bornes U1, V1 y W1
Para la protección por sobrecargas, se utiliza un relé térmico
Los contactores de la velocidad alta y baja pueden estar conectados al mismo tiempo
MOTOR DE ROTOR BOBINADO
El motor de rotor bobinado arranca con resistencia intercaladas en el rotor
Este motor permite regular la velocidad del rotor
No se puede adaptar la intensidad de arranque
El estator es especial
La conexión de los bobinados del rotor viene en triángulo
Las resistencias se conectan al rotor a través de las escobillas
E rotor se cortocircuita al principio del arranque
La marcha en sincronismo es cuando N2 < N1
La marcha en hiposincronismo es cuando N2 = N1
82
EL MOTOR
10
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
I.E.S.María Ibars
La marcha en hipersincronismo es cuando N2 < N1
MAGNETISMO
Los imanes no atraen al hierro
Si los imanes se mueven libremente, se orientan de norte a sur
El punto de máxima atracción es el centro de un imán
Si enfrentas dos polos Norte, se atraen
El espacio en que actúan fuerzas magnéticas se denomina campo magnético
Las líneas de fuerza de un campo magnético son siempre abiertas
El efecto del campo magnético se llama inducción magnética
ELECTROMAGNETISMO I
Una corriente que circula por un conductor, crea un campo magnético
Las líneas de fuerza en un conductor son círculos concéntricos
El valor máximo del flujo magnético es proporcional a la distancia
Si colocamos una aguja imantada cerca de un conductor por el que circula una
corriente, ésta marcará el centro del conductor
Si miramos un conductor en el sentido de circulación de la corriente, vemos un punto
Si miramos un conductor en sentido contrario al de circulación de la corriente, vemos
una cruz
Si miramos un conductor en el sentido de circulación de la corriente, las líneas de
fuerza giran en el sentido de las agujas del reloj
Si se dobla un conductor formando una espira, diminuye el campo magnético
En una bobina, los campos de cada espira se suman
En el interior de una bobina, la inducción es menor que en el exterior
En una bobina, si la corriente circula en el sentido de las agujas del reloj, se mira el
polo sur de la bobina
ELECTROMAGNETISMO II
Un conductor por el que circula una corriente y que está colocado dentro de un campo
magnético, tiende a no moverse
Si colocamos un conductor por el circula una corriente dentro de un campo magnético,
los campos magnéticos se suman
La fuerza electromagnética desarrollada sobre un conductor depende de la inducción y
la longitud
La aplicación de la fuerza electromagnética es el motor eléctrico
La regla de la mano izquierda indica: Pulgar – ca, indice – mo, corazón - co
83
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
PRÁCTICAS A REAIZAR
Práctica 8. Monta los circuitos de fuerza y mando para el arranque de un motor asíncrono
trifásico de las siguientes características:
P =4 kW; η = 0,86%; cos ϕ = 0,91; U = 400 V
NOTA. Debes elegir de los catálogos los materiales a instalar en función del motor
Práctica 9. Monta los circuitos de fuerza y mando de dos motores asíncronos trifásicos que
deben funcionar de la siguiente forma:
1. Al pulsar el pulsador S1 se pondrá en marcha el motor M1
2. Al pulsar el pulsador S2 se pondrá en marcha el motor M2 si el motor M1 está en
marcha.
3. Pulsando S0 se detendrá el funcionamiento de M1 y M2 en cualquier momento.
Los motores tienen las siguientes características:
M1 P = 2,2 kW; η = 83,6%; cos ϕ = 0,87; U = 400 V
M2 P = 0,75 kW; η = 81,2%; cos ϕ = 0,75; U = 400 V
Práctica 10.- Monta los circuitos de fuerza y mando de dos motores asíncronos trifásicos que
deben funcionar de la siguiente forma:
1. Al pulsar el pulsador S1 se pondrá en marcha el motor M1 si el motor M2 no está en
marcha.
2. Al pulsar el pulsador S2 se pondrá en marcha el motor M2 si el motor M1 no está en
marcha.
3. Pulsando S0 se detendrá el funcionamiento de M1 y M2 en cualquier momento
Los motores tienen las siguientes características:
M1 P = 3 kW; η = 85%; cos ϕ = 0,81; U = 400 V
M2 P = 1,5 kW; η = 80,3%; cos ϕ = 0,79; U = 400 V
Práctica 11. Monta los circuitos de fuerza y mando para la inversión de giro de un motor
asíncrono trifásico.
Para poder invertir el sentido de giro hay que pasar previamente por paro.
Las características del motor son las siguientes:
P = 7,5 kW; η = 88%; cos ϕ = 0,83; U = 400 V
Práctica 12.- Monta los circuitos de fuerza y mando para la inversión de giro de un motor
asíncrono trifásico.
Para poder invertir el sentido de giro no hace falta pasar previamente por paro.
P = 5,5 kW; η = 87%; cos ϕ = 0,83; U = 400 V
84
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
Práctica 13.- Un contactor está accionado por una botonera Paro (S0) – Marcha (S1). El
funcionamiento es el siguiente:
Al pulsar Marcha, se activa el contactor KM1 y después de 5 segundos de estar en
marcha se para automáticamente.
Práctica 14.- Un contactor está accionado por una botonera Paro (S0) – Marcha (S1). El
funcionamiento es el siguiente:
Al pulsar Marcha, se activa el contactor KM1.
Al pulsar Paro, el contactor continúa funcionando durante 5 segundos y se para
automáticamente.
Práctica 15.- Monta los circuitos de fuerza y mando para el arranque de un motor asíncrono
trifásico por conmutación estrella/triángulo.
P = 15 kW; η = 90,4%; cos ϕ = 0,82; U = 400 V; Ia/In = 7,1
Calcula: La Intensidad de arranque, Ia, e indica si cumple con la tabla 1 de la ITC 47
85
EL MOTOR
I.E.S.María Ibars
NOTAS
86
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
4. DETECTORES
4.1 INTRODUCCIÓN
Cuando “arrancamos” o “paramos” una máquina, lo hacemos con pulsadores abiertos (marcha) o
cerrados (paro). El proceso de automatización industrial comprende una serie de procesos, en los
cuales la máquina necesita conocer una serie de datos necesarios para la evolución del sistema.
La adquisición o captura de datos durante el proceso de la máquina, nos la dan los detectores.
Dentro de las necesidades de detección, podemos encontrar:
−
−
−
controlar la presencia, ausencia o posición de un objeto,
chequear el movimiento, flujo u obstrucción de objetos,
contaje.
Para ello se utilizan dispositivos "todo o nada”. Es el caso de las aplicaciones típicas de detección de
piezas en cadenas de montaje o en manutención, así como de la detección de personas o vehículos.
Hay otras necesidades más específicas, como la detección de:
−
−
−
−
presencia (o nivel) de un gas o fluido,
formas,
posición (angular, lineal etc.),
etiquetas, con la lectura y escritura de datos codificados.
4.2 TECNOLOGÍAS DE DETECCIÓN
Los fabricantes de detectores utilizan diferentes magnitudes físicas, siendo las más usuales:
−
−
−
−
−
−
−
mecánicas (presión, fuerza), para interruptores electromecánicos de posición,
electromagnéticas (campo, fuerza), para sensores magnéticos y detectores de proximidad
inductivos,
de luz (potencia lumínica o desviación) para células fotoeléctricas,
de capacidad, para detectores de proximidad capacitivos,
acústicas (tiempo de recorrido de una onda), para detectores por ultrasonidos,
de fluido (presión) para presostatos,
ópticas (análisis de imagen) para la visión.
Estos sistemas tienen ventajas y límites para cada tipo de sensor: algunos son robustos pero
necesitan estar en contacto con la pieza a detectar, mientras que otros trabajan en ambientes
hostiles pero únicamente con piezas metálicas.
En los puntos que siguen analizaremos algunos de los detectores.
4.3 INTERRUPTORES ELECTROMECÁNICOS DE POSICIÓN
Los Interruptores electromecánicos de posición son conocidos como interruptores de posición o
finales de carrera. Se encuentran en todas las instalaciones automatizadas y en diferentes
aplicaciones, debido a las numerosas ventajas de su tecnología. En ellos, la detección se realiza a
través del contacto físico (palpador u órgano de control) con un objeto móvil o inmóvil. Los datos se
envían al sistema a través de un contacto eléctrico (todo o nada).
4.3.1 COMPOSICIÓN DE LOS INTERRUPTORES DE POSICIÓN
Los interruptores de posición constan de los tres elementos básicos siguientes: un contacto eléctrico,
un cuerpo y una cabeza de mando con su dispositivo de ataque.
La mayoría de estos aparatos se combinan a partir de distintos modelos de cuerpos dotados de un
87
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
contacto eléctrico, de cabezas de mando y de dispositivos de ataque. Esta modularidad facilita en
gran medida el mantenimiento, gracias a la posibilidad de cambiar cualquier elemento con
comodidad.
a) Cuerpo
b) Cabeza
c) dispositivo
de ataque
d) Interruptor de
posición
e) Contacto NA
f) Contacto NC
Figura 4.1 Composición del detector de posición y representación de los contactos
4.3.2 CONTACTO ELÉCTRICO
Es el denominador común de la mayoría de los aparatos. Existen versiones 1 NO/NC, 2 NO/NC
simultáneos y 2 NO-NC decalados de ruptura brusca y NO+NC decalados de ruptura lenta.
4.3.3 CUERPO
Existen varias opciones: normalizado CENELEC o de dimensiones reducidas, fijo o enchufable,
metálico o termoplástico y con una o varias entradas de cable.
4.3.4 CABEZAS DE CONTROL, DISPOSITIVOS DE ATAQUE
Pueden asociarse numerosos modelos al cuerpo que contiene el
elemento de contacto dependiendo del movimiento del detector, el
cual es capaz de detectar múltiples posiciones y adaptarse a los
objetos a controlar de una manera fácil:
−
−
−
movimiento rectilíneo,
movimiento angular,
movimiento multidireccional.
Figura 4.2 Movimientos posibles
en los sensores
4.3.5 MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTACTOS
4.3.5.1 CONTACTO DE RUPTURA BRUSCA
Se caracteriza por un fenómeno de histéresis. Esto es, los puntos de accionamiento y de
desaccionamiento son diferentes (Fig. 4.3a).
La velocidad de desplazamiento de los contactos móviles es independiente de la velocidad del
elemento de mando.
Cada vez más, los interruptores de posición con contacto de ruptura brusca tienen apertura positiva;
esto se refiere a la apertura del contacto, y se define como sigue:
"Un dispositivo cumple este requerimiento cuando se pueden llevar con certeza todos los
elementos de sus contactos de apertura a su posición de apertura, esto es, sin ningún tipo de
enlace elástico entre partes móviles y dispositivos de control sujeto al esfuerzo del
funcionamiento."
88
DETECTORES
Posición de
reposo
I.E.S.María Ibars
Interrupción
del contacto
a) Contacto de ruptura brusca
Aproximación
Operación
positiva
a) Posición de
b) Posición de
reposo
trabajo
b) Contacto de ruptura lenta
Figura 4.3 Tipos de contactos de los interruptores de posición
4.3.5.2 CONTACTO DE RUPTURA LENTA
Este modo de funcionamiento se caracteriza por:
-
-
puntos de accionamiento y de desaccionamiento no diferenciados,
velocidad de desplazamiento de los contactos móviles igual o proporcional a la velocidad del
elemento de mando (que no debe ser inferior a 0,001 m/s).
Por debajo de este valor, los contactos se abren demasiado lentamente, cosa que no es
buena dado que existirá riesgo de arco eléctrico de larga duración,
distancia de apertura dependiente de la carrera del elemento de mando.
El diseño de estos contactos es por naturaleza en modo de apertura positiva: el pulsador actúa
directamente sobre los contactos móviles.
Figura 4.4 Ejemplos de aplicación de los interruptores de posición
Ejemplo1
Tenemos una cinta transportadora accionada por pulsadores Paro Marcha. El funcionamiento es el siguiente:
−
Un operario pone un paquete en la cinta y acciona el pulsador de Marcha (S1).
−
La máquina se pone en macha hasta que el paquete llega a un punto y se para.
−
Para volver a poner en macha la cinta es necesario retirar el paquete.
−
La maniobra se puede detener en cualquier momento con el pulsador de Paro (S0)
−
Los pilotos de señalización deben indicar la marcha y el disparo del térmico.
NOTA. Tanto el circuito de fuerza como el de mando deben contar con la protecciones reglamentarias
89
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
Solución:
4.4 DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS
Estos aparatos se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Detectan cualquier objeto
metálico sin necesidad de contacto, sirven para: control de presencia o de ausencia, detección de
paso, etc.
Ventajas:
−
−
−
−
compatibilidad con los automatismos electrónicos
durabilidad independiente del número de ciclos de maniobra
adaptación a ambientes húmedos, corrosivos y con atascos,
detección de objetos frágiles, recién pintados, etc.
4.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El componente sensible es un circuito inductivo (inductancia L). Este circuito está conectado a una
capacitancia C para formar un circuito de resonancia a una frecuencia Fo, usualmente comprendida
entre 100kHz y 1MHz.
El circuito resonante es un circuito en el cual la reactancia inductiva es igual a la reactancia capacitiva
Figura 4.5 Partes de un detector inductivo
Un detector de proximidad inductivo detecta la
presencia de cualquier objeto de material
conductor sin necesidad de contacto físico.
Consta de un oscilador, cuyos bobinados forman
la cara sensible, y de una etapa de salida. El
oscilador crea un campo electromagnético alterno
delante de la cara sensible.
Cuando un objeto conductor penetra en este campo, soporta corrientes inducidas circulares que se
desarrollan a su alrededor (efecto piel). Estas corrientes constituyen una sobrecarga para el sistema
oscilador y provocan una reducción de la amplitud de las oscilaciones a medida que se acerca el
objeto, hasta bloquearlas por completo.
90
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
La detección del objeto es efectiva cuando la reducción de la amplitud de las oscilaciones es
suficiente para provocar el cambio de estado de la salida
del detector.
4.4.2 PARTES DE UN DETECTOR INDUCTIVO
−
−
−
−
Transductor: consta de una bobina de cobre de
varios hilos dentro de un recipiente ferrítico, que
dirige las líneas de campo hacia la parte frontal del
detector.
Oscilador
Tratamiento de la señal
Etapa de salida
Figura 4.6 Campo electromagnético y
zona de influencia
4.4.3 CAMPO ELECTROMAGNÉTICO Y ZONA DE INFLUENCIA
El
dibujo
lateral
representa
el
campo
electromagnético generado por un detector
inductivo. La intensidad del campo disminuye
rápidamente a medida que se aleja de la cara
sensible. La zona de influencia (la zona en la que
la intensidad del campo es suficiente para que se
produzca la detección), es por tanto más pequeña.
Condiciona las distancias que deben respetarse
entre aparatos o entre aparatos y masas metálicas.
4.4.4 CURVAS Y DISTANCIAS DE DETECCIÓN
Las curvas y distancias de detección se determinan
mediante una placa cuadrada de acero dulce Fe
360, de 1 mm. de espesor.
Figura 4.7 Principio de funcionamiento
de un detector inductivo
Para trazar la curva de detección la placa se sitúa a
distintas distancias de la cara sensible, en paralelo y
hasta los puntos de conmutación de la salida. La curva
de detección se obtiene por la unión de estos puntos.
4.4.4.1
ALCANCE
ASIGNADO (SN)
NOMINAL
O
ALCANCE
Es el alcance convencional que permite designar el
Figura 4.8 Curva de detección de un
aparato y que figura en los catálogos de los
detector inductivo
fabricantes. No tiene en cuenta las dispersiones
(fabricación, temperatura ambiente, tensión de alimentación).
4.4.4.2 ALCANCE REAL (SR)
El alcance real, Sr, se mide bajo la tensión asignada Un y a la
temperatura ambiente asignada Tn. Debe estar comprendido
entre el 90% y el 110% del alcance Sn del detector.
0,9 Sn ≤ Sr ≤ 1,1 Sn
4.4.4.3 ALCANCE ÚTIL (SU)
El alcance útil, Su, se mide en los límites admisibles de
temperatura ambiente, Ta, y de tensión de alimentación Ub.
Figura 4.9 Distancias de detección
Debe estar comprendido entre el 90% y el 110% del alcance real Sr.
91
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
0,9 Sr ≤ Su ≤ 1,1 Sr
4.4.4.4 ALCANCE DE TRABAJO (SA)
El alcance de trabajo, Sa, está comprendido entre 0 y el
81% del alcance nominal Sn. Es la zona de
funcionamiento en la que se asegura la detección de la
placa de medida, con independencia de las dispersiones
de tensión y temperatura.
0 ≤ Sa ≤0,9 x 0,9 x Sn
a) Contacto abierto
b) contacto cerrado
Figura 4.10 Símbolo del detector inductivo
4.4.4.5 RECORRIDO DIFERENCIAL
El recorrido diferencial (histéresis) H, es la distancia medida entre el punto de accionamiento cuando
la plaqueta de medida se aproxima al detector y el punto de desactivación cuando se aleja de él. Se
expresa en % del alcance real Sr.
4.4.4.6 REPRODUCTIBILIDAD
La reproductibilidad (fidelidad) R, es la precisión de reproducción entre dos medidas del alcance útil
para intervalos dados de tiempo, temperatura y tensión
1) Control de proceso
2) Selección
3) Control de ruptura
de acoplamiento
4) Contar y seleccionar
objetos metálicos
Figura 4.11 Ejemplos de aplicación de detectores inductivos
a) Dos hilos corriente alterna y
continua
b) Tres hilos corriente continua
PNP
c) Tres hilos corriente continua
NPN
Figura 4.12 Conexión de los detectores inductivos
4.5 DETECTORES CAPACITIVOS
Los detectores capacitivos son adecuados para detectar
objetos o productos no metálicos de cualquier tipo
(papel, vidrio, plástico, líquido, etc.).
Un detector de posición capacitivo se compone de un
oscilador cuyos condensadores forman la cara sensible.
En este caso, la superficie sensible del detector
constituye la armadura de un condensador.
Figura 4.13 Partes de un detector
capaciti o
A esta superficie se le aplica una tensión senoidal para crear un campo eléctrico alternativo enfrente
del detector. Dado que esta tensión se asigna con relación a un potencial de referencia (como es el
caso de la tierra), se constituye una segunda armadura con un electrodo conectado al potencial de
referencia. Estos detectores disponen de un potenciómetro de regulación de sensibilidad.
Se compone principalmente de un oscilador cuyo condensador está formado por 2 electrodos
92
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
colocados en la parte frontal del aparato. En el aire (εr = 1), la capacidad del condensador es de C0.
εr es la constante dieléctrica, la cual depende de la naturaleza del material.
a) Aislante el aire
b) Se introduce un elemento no conductor
Figura 4.14 Principio de funcionamiento del detector capacitivo
Cuando un objeto de cualquier naturaleza (εr > 2) se encuentra frente al lado sensible del detector, se
traduce en una variación del acoplamiento capacitivo (C1). Esta variación de capacidad (C1 > C0)
provoca el arranque del oscilador. Tras la puesta en formato, se emite una señal de salida.
4.5.1 DISTANCIAS DE FUNCIONAMIENTO
El alcance de trabajo depende de la naturaleza del
objeto que se va a detectar:
St = Sn x Fc
a) Contacto abierto
Donde:
b) contacto cerrado
Figura 4.15 Símbolo del detector capacitivo
St = alcance de trabajo.
Sn = alcance nominal del detector.
Fc = factor de corrección relativo al material que se va a detectar.
a) Ningún detector activo
b) Detector 1 activo
c) Detectores 1 y 2 activos
Figura 4.16 Ejemplo de aplicación de los detectores capacitivos
Ejemplo 2
Tenemos una cinta transportadora accionada por pulsadores Paro Marcha. El funcionamiento es el siguiente:
−
Un operario pone en funcionamiento la cinta accionando el pulsador de Marcha (S1).
−
La cinta lleva los recipientes para su llenado.
−
Los detectores 1 (para materiales aislantes) y 2 (para materiales conductores) no están activados.
−
Cuando el recipiente entra en la zona de detección del detector 1, la cinta para y empieza la operación
de llenado. El detector 2 no está activado.
−
El detector 2 detecta el nivel alcanzado y detiene el llenado, poniéndose en funcionamiento la cinta de
nuevo.
93
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
−
La maniobra se puede detener en cualquier momento con el pulsador de Paro (S0)
−
Los pilotos de señalización deben indicar la marcha y el disparo del térmico.
NOTA. Tanto el circuito de fuerza como el de mando deben contar con la protecciones reglamentarias
Solución:
a) dos hilos corriente alterna y
continua
b) Tres hilos corriente continua
PNP
c) Tres hilos corriente continua
NPN
Figura 4.17 Conexión de los detectores inductivos
4.6 DETECTORES FOTOELECTRICOS
Los detectores fotoeléctricos funcionan bajo un principio que los hace aptos para la detección de
cualquier tipo de objeto: opaco, transparente, reflectante, etc. Son además utilizados para la
detección de personas (apertura de puertas, etc.).
4.6.1 FUNCIONAMIENTO
Un detector fotoeléctrico detecta un objeto o una
persona por medio de un haz luminoso. Sus dos
componentes básicos son un emisor y un receptor
de luz.
La detección es efectiva cuando el objeto penetra
en el haz de luz y modifica suficientemente la
cantidad de luz que llega al receptor para provocar
Figura 4.18 Partes de un detector fotoeléctrico
94
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
el cambio de estado de la salida. Para ello, se siguen dos procedimientos:
−
−
bloqueo del haz por el objeto detectado,
retorno del haz sobre el receptor por el objeto detectado.
Los detectores fotoeléctricos disponen de un
emisor de diodo electroluminiscente y de un
receptor de fototransistor. Estos componentes se
utilizan por su elevado rendimiento luminoso, su
insensibilidad a los golpes y a las vibraciones, su
resistencia a la temperatura, su durabilidad
prácticamente ilimitada y su velocidad de
respuesta.
Dependiendo del modelo de detector, la emisión
Figura 4.19 Espectro luminoso
se realiza en infrarrojo o en luz visible verde o
roja. La corriente que atraviesa el LED emisor se modula para obtener una emisión luminosa pulsante
e insensibilizar los sistemas a la luz ambiental.
4.6.2 TIPOS DE DETECTORES FOTOELÉCTRICOS
Disponen de cinco sistemas básicos:
−
−
−
−
−
barrera,
réflex,
réflex polarizado,
proximidad,
proximidad con borrado del plano posterior,
Figura 4.20 Modulación del haz luminoso
4.6.2.1 DE BARRERA
El emisor y el receptor se sitúan en dos aparatos
separados.
El emisor, que consta de un LED y de una lente
convergente, crea un haz de luz paralelo.
Figura 4.21 Detector fotoeléctrico de barrera
El receptor, que consta de un fotodiodo (o fototransmisor) y de una lente convergente, proporciona
una corriente proporcional a la energía recibida.
El sistema envía una información "todo o nada" en función de la presencia o ausencia de un objeto en
el haz de luz.
Ventaja: la distancia de detección puede ser considerable (hasta 50m o más); ello depende de las
lentes y, por lo tanto, de las dimensiones del detector.
Inconveniente: se requieren dos aparatos separados, lo que implica también dos alimentaciones
diferenciadas.
La alineación para distancias superiores a 10 m
puede ser problemática.
4.6.2.2 RÉFLEX
Existen dos
polarizado.
sistemas
Réflex:
estándar
y
4.6.2.2.1 RÉFLEX ESTÁNDAR
Figura 4.22 Detector fotoeléctrico réflex estandar
95
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
El haz de luz normalmente se encuentra en el espectro infrarrojo (de 850 a 950nm).
Ventajas: el emisor y el receptor se encuentran en el mismo aparato (una única alimentación). La
distancia de detección es considerable, si bien menor que en el caso anterior (hasta 20m).
Inconveniente: un objeto reflectante (ventana, carrocería de
un automóvil, etc.) puede ser interpretado como un reflector y
no ser detectado.
4.6.2.2.2 RÉFLEX POLARIZADO
El haz de luz normalmente se encuentra en el espectro rojo
(660 nm). La radiación emitida se polariza verticalmente por
un filtro de polarización lineal. El reflector cambia el estado de
Figura 4.23 Detector fotoeléctrico
réflex polarizado
la polarización de la luz, por lo que parte de la radiación
devuelta tiene una componente horizontal. El filtro de
polarización lineal del receptor deja pasar esta componente y la luz alcanza el receptor.
A diferencia del reflector, un objeto reflectante (espejo, placa
metálica, etc.) no altera el estado de polarización, por lo que
la luz que refleja no puede alcanzar el polarizador del
receptor (C Fig.17).
Ventaja: este tipo de detector supera el problema que
presenta un detector fotoeléctrico réflex estándar.
Inconvenientes: este detector es más caro y sus distancias
de detección son más reducidas que en el caso de un réflex
estándar:
−
−
Figura 4.24 Detector fotoeléctrico
réflex polarizado
Principio de no detección
Réflex estándar -->20m
Réflex polarizado ---> 8m
4.6.2.3 DE PROXIMIDAD
4.6.2.3.1 DE PROXIMIDAD ESTÁNDAR
Este sistema se basa en la reflexión del objeto a detectar.
Ventaja: no se requiere un reflector.
Figura 4.25 Detector fotoeléctrico de
Proximidad estandar
Inconvenientes: la distancia de detección es muy corta (hasta 2m). Además, varía con el color del
objeto a detectar y el plano posterior que éste presenta (para unas condiciones dadas, la distancia es
mayor para un objeto blanco y menor para un objeto gris o negro); un plano posterior más claro que
el objeto a detectar puede hacer que la detección resulte imposible.
4.6.2.3.2 DE PROXIMIDAD CON BORRADO DEL
PLANO POSTERIOR
Este sistema de detección utiliza la triangulación.
La distancia de detección (hasta 2m) no depende de la
reflectividad del objeto, sino de su posición, por lo que
un objeto claro se detecta a la misma distancia que un
objeto oscuro y un plano posterior más allá de la
distancia de detección será ignorado.
Figura 4.26 Detector fotoeléctrico de
proximidad con borrado del plano
posterior
4.7 DETECTORES POR ULTRASONIDOS
4.7.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
96
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
Los ultrasonidos se producen eléctricamente con un transductor electroacústico (efecto
piezoeléctrico), alimentado con energía eléctrica que es convertida en vibraciones mecánicas
mediante la piezoelectricidad o mediante el fenómeno que se conoce como magnetostricción.
Este principio consiste en medir el tiempo que necesita la onda acústica para propagarse entre el
sensor y el objeto a detectar.
1 Generador de alto voltaje.
2 Transductores piezoeléctricos (emisor y receptor).
3 Etapa de tratamiento de la señal.
4 Etapa de salida.
Figura 4.27 Detector por ultrasonidos
La velocidad de propagación es de 340 m/s en el aire a 20°C, esto es, para 1m el tiempo medido
ronda los 3ms.
El tiempo lo mide un contador integrado en un microcontrolador.
La ventaja de los detectores por ultrasonidos radica en el hecho que pueden trabajar a grandes
distancias (hasta 10m) y, por encima de todo, detectar cualquier objeto que refleje el sonido, sin
importar su forma o color.
4.7.2 APLICACIÓN
Excitado por el generador de alta tensión, el transductor (emisor-receptor), genera una onda
ultrasónica pulsante (de 100 a 500kHz, dependiendo del producto) que viaja a través del aire
ambiente a la velocidad del sonido. Tan pronto como la onda choca contra un objeto, una onda
reflejada (eco) vuelve al transductor. Un microprocesador analiza la señal de entrada y mide el
intervalo de tiempo entre la señal emitida y el eco. Comparando este intervalo con tiempos
predefinidos, se determina y controla el estado de las salidas. Si se conoce la velocidad a la que se
propaga el sonido, se puede calcular la distancia existente
4.7.3 PARTICULARIDADES DE LOS DETECTORES POR ULTRASONIDOS Y DEFINICIONES
Zona ciega: zona entre la cara sensible del
detector y la distancia mínima a la cual un objeto
no puede ser detectado de forma fiable. Es
imposible detectar objetos correctamente en
esta zona.
Zona de detección: área en la que el detector
es sensible. Dependiendo del modelo de
detector, esta zona se puede ajustar o fijar con
un pulsador de tipo ordinario.
Factores de influencia: los detectores por
ultrasonidos son especialmente adecuados para
detectar objetos duros con una superficie plana
perpendicular al eje de detección
Figura 4.28 Limites de funcionamiento
4.7.4 MODOS DE FUNCIONAMIENTO
−
Modo de proximidad: un único detector emite la onda de sonido y la recibe después de ser
reflejada por un objeto.
97
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
En este caso, es el objeto el que refleja la onda.
−
Modo réflex: un único detector emite la onda de sonido y la recibe después de reflejarse en
un reflector, por tanto el detector está permanentemente activo. En este caso, el reflector es
una pieza plana y rígida. El objeto es detectado cuando la onda se "interrumpe". Este modo
está especialmente indicado para detectar objetos que absorben el sonido o con formas
angulosas.
−
Modo de barrera: el sistema de barrera consiste en dos productos separados, un emisor por
ultrasonidos y un receptor, situados de forma opuesta.
a) En modo de proximidad
b) En modo réflex
Figura 4.29 Modos de funcionamiento de un detector por
ultrasonidos
4.7.5 VENTAJAS DE LA DETECCIÓN POR ULTRASONIDOS
−
−
−
−
−
No existe contacto físico con el objeto, por tanto no hay juego mecánico y se pueden detectar
objetos frágiles o recién pintados.
Cualquier material, independientemente de su color, puede ser detectado en el mismo rango
sin factores de ajuste o de corrección.
Dispositivos estáticos: no hay partes móviles en el detector, por lo que su vida útil no queda
afectada por el número de ciclos de funcionamiento.
Buena resistencia en ambientes industriales: vibraciones, impactos, humedad, polvo, etc.
Función de aprendizaje presionando un botón para definir la zona de detección. Se
memorizan los rangos mínimo y máximo (eliminación muy precisa del fondo y del primer plano
hasta ± 6mm).
4.8 OTROS TIPOS DE DETCTORES
Otros detectores utilizados en la industria son los siguientes:
IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA (RFID)
La identificación por radiofrecuencia (RFID) es una tecnología reciente de identificación
automática diseñada para aplicaciones que requieren el seguimiento de objetos y personas
(trazabilidad, control de accesos, selección, almacenamiento).
Su principio de funcionamiento se basa en asociar a cada objeto una memoria accesible sin
contacto, tanto para su lectura como para su escritura.
La información se almacena en una memoria accesible a través de una conexión por
radiofrecuencia que no necesita ni contacto ni campo de visión, a una distancia que puede ir
desde escasos centímetros hasta varios metros. Esta memoria tiene forma de etiqueta
electrónica o transpondedor (TRANSmisor + resPONDEDOR), que contiene un circuito
electrónico y una antena.
VISIÓN
Es el "ojo" de una máquina, que da visión a un sistema de automatización. Una cámara hace
una foto de un objeto y digitaliza sus características físicas para proporcionar información
98
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
relacionada con
−
−
−
−
sus dimensiones,
su posición,
su apariencia (acabado superficial, color, brillo, presencia de defectos, etc.),
su marcaje (logos, caracteres, etc.).
El usuario puede además automatizar funciones complejas tales como:
−
−
funciones de medida,
funciones de guiado,
− funciones de identificación.
ENCODER ÓPTICO
La rotación de un disco graduado genera impulsos idénticos en la salida del sensor óptico,
dependiendo del movimiento del objeto a controlar. La resolución, esto es, el número de
impulsos por vuelta, corresponde al número de graduaciones en el disco o un múltiplo de este
número. Cuanto más grande es este número, mayor es el número de medidas por vuelta, lo
que permite conocer de forma más precisa el desplazamiento o la velocidad de la parte móvil
de la máquina conectada al encoder.
Aplicación típica: máquina de corte longitudinal.
DETECTORES PARA CONTROL DE PRESIÓN
Los interruptores de presión, los interruptores de vacío y los transmisores de presión se usan
para supervisar, controlar o medir la presión o el vacío en circuitos hidráulicos y neumáticos.
Los interruptores de presión y los interruptores de vacío convierten un cambio en la presión
en una señal eléctrica todo o nada cuando se alcanzan los puntos de consigna indicados.
99
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
CUESTIONARIO
Num
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
DETECTORES
Pregunta
A los Interruptores electromecánicos de posición se les conoce como finales de carrera
Estos detectores no necesitan contacto físico para la detección
Se componen de contacto, cuerpo y cabeza de mando
Siempre llevan dos contactos NA cerrados
No pueden detectar el movimiento multidireccional
En los contactos de ruptura brusca el desplazamiento del contacto depende de la
velocidad del elemento de mando
En los contactos de ruptura lenta, la distancia de apertura es independiente de la
carrera del elemento de mando
Los contactos de ruptura lenta son de apertura negativa
16
17
18
Los detectores inductivos necesitan estar en contacto con el objeto a detectar
Los detectores inductivos detectan objetos metálicos
El elemento sensible es un circuito inductivo
El circuito resonante es aquel que no tiene no tiene ni inducción ni capacidad
El oscilador crea un campo magnético delante de la cara sensible
Las partes de un detector inductivo son : Oscilador, Tratamiento de la señal y Etapa de
salida
En un detector inductivo, el campo aumenta rápidamente a medida que se aleja de la
cara sensible
El alcance nominal tiene en cuenta las dispersiones
El alcance de trabajo es aquel en el que está la detección de la placa de medida
El recorrido diferencial es la distancia entre el punto de activación y desactivación
19
20
21
22
Los detectores capacitivos no necesitan contacto con el objeto a detectar
Los detectores capacitivos sólo detectan objeto metálicos
La cara sensible de los detectores capacitivos la forma un condensador
La distancia de trabajo no depende de la naturaleza del objeto a detectar
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
Los detectores fotoeléctricos detectan cualquier tipo de material
El detector fotoeléctrico detecta por medio de un haz luminoso
Sus componentes básicos son un emisor y un receptor
El emisor es un fototransistor
El receptor es un diodo electroluminiscente
En el sistema de barrera, el emisor y el receptor están en el mismo aparato
En el sistema de barrera, la distancia puede ser considerable
En el sistema réflex, el emisor y el receptor están en el mismo aparato
La distancia es mayor que en el de barrera
Si el objeto a detectar es reflectante puede no detectarlo
En el sistema réflex polarizado, los objetos reflectantes no se detectan
La distancia de detección es mayor que el réflex estándar
El sistema de proximidad estándar se basa en la reflexión del objeto a detectar
Se requiere un reflector
La distancia es muy pequeña
En el sistema de proximidad con borrado del plano posterior, la detección depende de
la posición del objeto a detectar
En el sistema de proximidad con borrado del plano posterior, la detección depende de
de la reflectividad del objeto a detectar
15
40
41
42
43
44
45
46
V
F
Los ultrasonidos se producen eléctricamente con un transductor electroacústico
El principio de funcionamiento de este detector consiste en medir el tiempo que
necesita una onda acústica para propagarse entre el sensor y el objeto a detectar
Sólo pueden trabajar en distancias cortas
En la zona ciega de un detector por ultrasonidos, se detecta todo lo que pasa
En la zona de detección de un detector por ultrasonidos sólo se detecta lo que interesa
Los modos de funcionamiento son: de proximidad, réflex y barrera
100
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
PRÁCTICAS A REALIZAR
Práctica 16
Se desea automatizar la puerta de acceso a un supermercado de la siguiente forma:
D
S2
S1
KM1
KM2
−
Al detectar una fotocélula la presencia de una persona, la puerta corredera deberá abrirse
hasta el final de su recorrido, momento en el que parará durante cinco segundos.
−
Pasado este tiempo, la puerta se cerrará.
−
Si mientras está cerrando el sensor detectara la presencia de una persona, la puerta deberá
abrirse de nuevo.
La instalación tiene las siguientes características:
−
Motor trifásico jaula de ardilla.
−
P = 5,5 kW; 230/400 V; η = 87% cos φ = 0,83; Ia/In = 7,3
Calcula:
−
La intensidad nominal y selecciona las protecciones necesarias, justificándolas
−
Indica el tipo de conexión del motor
−
El catálogo nos indica que la relación entre la intensidad de arranque y la nominal es de 6,6.
Utiliza el método de arranque apropiado según la ITC – BT 47 Apartado 6
−
La sección de alimentación y sus protecciones, si el cuadro de protección está instalado a 15
m del cuadro del automatismo.
Práctica 17
Un taladro debe de realizar la siguiente maniobra:
−
Previamente a su puesta en marcha, un sensor deberá detectar la presencia de una pieza en
el portapiezas.
−
Al pulsar marcha, el portabrocas girará movido por el motor trifásico M1.
−
A continuación, otro motor trifásico (M2) iniciará la bajada del taladro hasta un punto en el
que un final de carrera parará la bajada sin detener el giro de M1.
−
Al cabo de 5 segundos, se iniciará la subida M2 hasta el punto de partida, en que se parará
el proceso automáticamente.
−
La operación se podrá parar en cualquier momento.
−
Se deberá disponer de señalización luminosa de paro y marcha de la broca.
−
Motores trifásicos jaula de ardilla.
−
P1 = 0,75 kW; 230/400 V; η = 78,2%; cos φ = 0,74
−
P2 = 3 kW; 230/400 V; η = 85%cos φ = 0,81.
101
DETECTORES
I.E.S.María Ibars
Calcula:
−
La intensidad nominal y selecciona las protecciones necesarias, justificándolas
−
Indica el tipo de conexión del motor
−
La sección de alimentación y sus protecciones si el cuadro de protección está instalado a 25
m del cuadro del automatismo.
Práctica 18
En una empresa de reciclaje de plásticos, se dispone de una cinta transportadora accionada por un
motor trifásico por la que llega el material a la tolva. Funcionamiento:
−
La cinta se activará mediante un pulsador de marcha.
−
Se desea disponer de un sistema de seguridad por el que si se encuentra algún elemento
metálico entre el material, se pare la cinta y se encienda una luz de aviso. La cinta deberá
seguir parada hasta que se haya retirado el elemento metálico.
−
El sistema se podrá parar manualmente en cualquier momento y deberá disponer de
señalización luminosa de funcionamiento de la cinta.
a- Motor trifásico jaula de ardilla.
b- P = 7,5 kW; 230/400 V; η = 88%; cos φ = 0,83
c- Selecciona las protecciones necesarias, justificándolas
d- Indica el tipo de conexión del motor
e- El catálogo nos indica que la relación entre la Intensidad de arranque y la nominal es de 7,9.
f-
El cuadro de protección está instalado a 10 m del cuadro del automatismo. Calcula la sección
de alimentación y sus protecciones.
102
EJERCICIOS DE AMPLIACIÓN
I.E.S.María Ibars
Práctica 19
Realiza el automatismo para el arranque de un motor trifásico por conmutación estrella triángulo con
inversión de giro. Deberá estar comandado por los siguientes pulsadores:
S0 pulsador de paro
S1 Pulsador de marcha a derechas
S2 Pulsador de marcha a izquierdas
En los dos sentidos se hará el arranque estrella triángulo
Características del motor:
P = 3 kW; cos ϕ = 0,75
η = 84 %
Práctica 20
Realiza el automatismo para la inversión de giro de un motor trifásico que mueve una lanzadera.
Condiciones:
a) Protección térmica.
b) Al accionar un pulsador S1, el motor se pone en marcha en un sentido desde el punto A.
c) Al llegar al final del recorrido, punto B, un final de carrera lo detecta y hace que el motor
invierta el sentido de giro.
d) Al llegar de nuevo a A, otro final de carrera lo detecta, haciendo que invierta el sentido de
giro de nuevo.
e) Continua repitiendo operaciones hasta que al pulsar paro (S0) continua el ciclo hasta llegar
al punto A y sólo entonces se para.
f)
Señalización luminosa de funcionamiento de los dos sentidos.
Características del motor:
P = 5,5 kW; η = 86%; cos ϕ = 0,88; U = 400 V; Ia/In = 6,8
Calcula: La Intensidad de arranque Ia e indica si cumple con la tabla 1 de la ITC 47
Práctica 21
Realiza el automatismo para la puesta en marcha de un montacargas para subir paquetes desde la
planta baja (Pb), hasta la planta alta (Pa), con las siguientes condiciones:
−
Motor trifásico de jaula de ardilla.
−
La maniobra se deberá poder parar en cualquier momento desde Pa o desde Pb.
−
Para subir tiene que estar cerrada la puerta y actuar el pulsador de subida.
−
Estando arriba y si esta cerrada la puerta, puede bajar inmediatamente si actuamos en el
pulsador de bajada. Si no pulsamos bajar, lo hará automáticamente al cabo de 30".
103
I.E.S.María Ibars
Motor trifásico jaula de ardilla.
a- P1 = 4 kW; 230/400 V; cos φ = 0,85
b- Selecciona las protecciones necesarias, justificándolas
c- Indica el tipo de conexión del motor
d- El catálogo nos indica que la relación entre la Intensidad de arranque y la nominal es de 3.
e- El cuadro de protección está instalado a 25 m del cuadro del automatismo. Calcula la sección
de alimentación y sus protecciones.
Práctica 22.
Dos motores mueven unas piezas colocadas en unos husillos:
AI
M
AD
MAD
Motor A
MAI
BI
BD
MBD
Motor B
MBI
SECUENCIA DE LAS MANIOBRAS
1- Al cerrar el pulsador M, el motor A moverá su pieza a la derecha por medio de un contactor
MAD hasta el final de carrera AD.
2- En este momento el motor B moverá su pieza a la derecha por medio del contactor MBD hasta
el final de carrera BD.
Estando las dos piezas en la derecha ambos motores moverán sus piezas simultáneamente hacia la
izquierda por medio de los contactores MAI y MBI hasta encontrar cada uno su final de carrera
correspondiente AI y BI.
Práctica 23
Tenemos una tolva que almacena áridos, los cuales, cuando se abre la compuerta caen sobre una
cinta transportadora accionada por un motor. Se quiere automatizar el conjunto para que tenga el
siguiente ciclo de funcionamiento:
PUESTA EN MARCHA:
1. Al pulsar S1 se inicia el movimiento de la cinta.
2. Una temporización de tres segundos permite que se
abra la compuerta.
S0
S1
M
DETENCIÓN DEL SISTEMA:
Motor cinta
1. Al pulsar S0, la compuerta se cierra.
104
I.E.S.María Ibars
2. Tras un tiempo de transporte de duración 10 segundos se detiene la cinta
Práctica 24
Una prensa está accionada por un motor trifásico. El mando debe realizarse de forma que la estampa
no pueda bajarse:
1. Si la rejilla de protección no está cerrada (D3, D4), y la prensa está en la posición básica
(D1).
2. Si no están los dos pulsadores (S1, S2) accionados.
3. Si en la bajada de la estampa se abre la rejilla protectora o uno de los pulsadores deja de
accionarse, entonces la estampa debe parar rápidamente.
4. Durante el movimiento hacia arriba, puede abrirse la rejilla y los pulsadores pueden dejar de
accionarse.
5. Cuando se alcanza nuevamente la posición superior o inicial (final de carrera D1), termina la
fase de trabajo.
D1
Motor
D2
D4
D3
S2
S3
Práctica 25
Hay que automatizar una un puente grúa. Dicho puente tiene un movimiento de traslación lateral (M1)
y otro movimiento de subida y bajada del gancho (M2). Los dos motores son asíncronos trifásicos.
CICLO DE FUNCIONAMIENTO
abcdef-
Al pulsar S1 el motor M2 se desplaza desde D1 hasta D2.
Una vez el motor M2 ha llegado a D2, el motor M1 se desplaza desde D3 hasta D4.
Una vez M1 ha llegado a D4, el motor M2 se desplaza desde D2 hasta D1.
Después de 5 segundos M2 se desplaza hasta D2.
Al llegar M2 a D2, el motor M1 se desplaza desde D4 hasta D3.
Al llegar M1 a D3, el motor M2 se desplaza desde D2 hasta D1 quedando a la espera de una
nueva orden
D3
M1
D4
D2
S1
M2
D1
105
I.E.S.María Ibars
NOTAS
106
BIBLIOGRAFÍA
I.E.S. María Ibars
BIBLIOGRAFIA
TITULO: Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT)
AUTOR: Ministerio de industria
http://www.ffii.nova.es/puntoinfomcyt/rebt_itcs.asp
TITULO: Guía técnica de aplicación
AUTOR: Ministerio de Industria
http://www.ffii.nova.es/puntoinfomcyt/rebt_itcs.asp
DOCUMENTOS
TITULO: Guía de protección diferencial
Autor: Schneider electric
TITULO: Guía de soluciones de automatizaciones
Autor: Schneider electric
TITULO: Telesquemario
Autor: Telemecanique
http://www.sebyc.com/descargas/telesquemario/ManualElecTeleme.pdf
CATÁLOGOS
Nueva gama de aparellaje en protección y control de potencia tesys
Telemecanique
http://www.schneiderelectric.es/es/in-comercial/com_docs.nsf/WebTipoInfoCIAUT/93fb262a8fcf9e78c1256c770043b268?OpenDocument
Aparamenta carril DIN Cofrets modulares y estancos Tomas de corriente industriales Distribución
Eléctrica en Baja Tensión Catálogo ‘08
Schneider Electric
http://www.schneiderelectric.es/es/incomercial/com_docs.nsf/2ceb4bb381be3d3fc1256bab003449d0/6fd365a2330b3159c1256d4a
0047f121?OpenDocument
Información técnica complementaria. Coordinación de la aparamenta, selectividad y filliación
Schneider Electric
http://conecta.schneiderelectric.es/img/Productos/archivo.asp?Id=e493244cffbf2fbec12574f2
0057bebf
Catalogo de Fusibles
Ferraz Shawmut
http://es.ferrazshawmut.com/
José J. Miralles
107
BIBLIOGRAFÍA
I.E.S. María Ibars
Catálogo de fusibles
df electric
http://www.df-sa.es/ESP/home.htm
TITULO: Low Voltage General Purpose Motors
Autor: ABB
TITULO: MOTOR TRIFASICO
Autor: Weg.
www.weg.net
TITULO: Global Detection
Autor: Telemecanique
TITULO: Motores de rotor bobinado
Autor: Menzel-elektromotoren
www.menzel-elektromotoren.com
José J. Miralles
108

File - MECANICA DE MANTENIMIENTO

Transcripción

Documentos relacionados

Tema 28. Bombas de inyección rotativas Motores y sus

Interpretación de Esquemas Eléctricos

Centelladores

Descifrando Enigma. La Epopeya polaca

NOTICIAS - World Ship Society