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Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido Específico: Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas (IOCME) Profesional Técnico-Bachiller en Electricidad Industrial Capacitado por: e-cbcc Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 2 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Electricidad Industrial 3 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas PARTICIPANTES Director General Secretario de Desarrollo Académico y de Capacitación José Efrén Castillo Sarabia Marco Antonio Norzagaray Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Gustavo Flores Fernández Coordinador de las Áreas: Automotriz, Electrónica y Telecomunicaciones e Instalación y Mantenimiento Jaime Gustavo Ayala Arellano Autores Revisor Técnico Revisor Pedagógico Revisor de Contextualización Consultores FORMO Internacional, S. C. José Luis Martínez López Virginia Morales Cruz Agustín Valerio Armando Guillermo Prieto Becerril Electricidad y Electrónica Manual Teórico - Práctico del Módulo Autocontenido Específico para la Carrera de Profesional Técnico Bachiller en Electricidad Industrial. D.R. a 2004 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería 4 perseguido por la ley Penal. intelectual Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ÍNDICE Participantes I. Mensaje al alumno II. Como utilizar este manual III. Propósito del módulo autocontenido específico IV. Normas de competencia laboral V. Especificaciones de evaluación VI. Mapa curricular del módulo autocontenido específico Capítulo 1 Eléctricas Reconocimiento de la Función de los Controles en las Máquinas Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 15 1.1.1 Motores eléctricos 16 . • Funcionamiento. 16 - Motores de CD. 16 - Motores de inducción de CA. 18 - Motores sincronos. 20 • Clasificación de los motores eléctricos 21 - Por el tipo de corriente que los alimenta. 21 - Por sus parámetros de salida par velocidad. 21 1.1.2 Descripción de los componentes de los motores eléctricos . • Motores de CD 29 • Motores de inducción de CA 31 • Motores Síncronos 33 1.2.1 Arranque y paro de un motor. 38 De un motor de CD • De un motor de CA 38 - A tensión plena. 40 - A tensión reducida 41 • • 40 De un motor síncrono. 1.2.2 Control del movimiento 6 29 42 46 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas . • Inversión de giro. - 46 De un motor de CD. 46 De un motor de CA. 47 • Variación de la velocidad y el par. De un motor de CD. 48 • Frenado de motores. 51 - De un motor de CD. 51 - De un motor de CA 54 - De un motor de CA. 51 1.2.3 Protección de motores . 48 55 • Contra sobrecarga. 55 • Contra fase abierta. 56 • Contra sobrevelocidad. 56 • Contra campo abierto 56 • Contra inversión de corriente. 57 Prácticas y Listas de Cotejo 58 Resumen 75 Capítulo 2 Instalación y Operación de Circuitos de Control Electromagnéticos 78 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 79 Autoevaluación de conocimientos del capítulo 1 2.1.1 Modelo estructural de los circuitos de control electromagnéticos . • Modelo de entradas salidas. - Bloque de entrada. - Bloque de comunicación hombre máquina. - Bloque de tratamiento o control. - Bloque de salida. - Accionamiento de potencia. • Tipos de mandos. - 77 80 80 80 80 80 80 81 81 Analógico. 81 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas - Digital. 81 Binario (on off). 81 2.1.2 Dispositivos de control. . 84 • Dispositivos hombre-máquina. - Interruptores selectores. - Botones pulsadores. - Botones sostenidos. - Interruptor de pedal De control. - Contactores. - De sobrecarga. - Temporizados 86 88 88 90 91 96 • Interruptores y sensores de proceso. - De limite. - De presión. - De flujo - De nivel. 99 100 - Sensores de proximidad. • Dispositivos auxiliares de seguridad y disyuntores. - Interruptores de seguridad (de cuchillas) - Fusibles Interruptores termomagnéticos Interruptores de seguridad (de cuchillas) • Indicadores luminosos y audibles. - Luz piloto - Lámpara indicadora - Sirenas • Bloques de terminales. 100 101 101 101 103 103 106 106 106 • Fuente de energía para los circuitos de control electromagnéticos. - Transformador de control. 2.1.3 El diagrama de escalera.. 8 97 98 De temperatura. - 97 97 - - 84 85 • Relevadores. - 84 107 107 108 108 111 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas . • Estructura. 111 • - Normalización de simbología. Americana. 114 - Europea 115 • Análisis y comprensión 119 2.2.1 Ubicación y montaje de componentes . • Envolventes. - Para propósito general. - A prueba de agua. - A prueba de polvo. 2.2.3 122 122 123 - A prueba de lluvia. - A prueba de explosión. • Tableros eléctricos 123 • Tableros de control 125 • Gavetas 128 • CCM 128 123 123 131 • Interpretación de diagramas. • Planeación. 131 132 • Ruteo en campo Operación del sistema. . 122 122 2.2.2 Cableado . 115 133 134 • Pruebas de cableado. 134 - De continuidad. - De Tensión. • Pruebas de operación. - En vacío. • Puesta en marcha 134 135 136 137 138 Prácticas y Listas de Cotejo 139 Resumen 153 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Autoevaluación de conocimientos del capítulo 2 Capítulo 3 Instalación y Operación de Circuitos de Control con PLC´s 156 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 158 3.1.1 Componentes del controlador lógico programable. 157 159 . 3.1.2 Ciclo y modos de operación del PLC. . 3.1.3 . • Configuración de comunicación del PLC con una estación de trabajo. • Interfase de Programación. Diagrama de escalera para PLC’s. • Simbología. - 167 167 168 170 170 Estandarizada. 170 - De Allen Bradley. - De Siemens. • Análisis y comprensión 172 173 3.2.1 Ubicación y montaje de componentes 174 175 . • En gabinetes y armarios 3.2.2 Cableado y conexión. . 3.2.3 . 176 • Análisis y comprensión de un diagrama de cableado. • Planeación y montaje del cableado y ruteo en campo. • Conexión de dispositivos en gabinetes y armarios. • Conexión con los componentes de un Centro de Control de Motores (CCM). Pruebas. • Pruebas de continuidad. • De voltaje. • De operación. - En vacío. - Normal. 176 178 180 183 187 188 190 193 193 193 Prácticas y Listas de Cotejo 10 175 197 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Resumen 210 Respuestas a la autoevaluación de conocimientos 213 Glosario de Términos E-CBCC 219 Glosario de Términos Técnicos 222 Autoevaluación de conocimientos del capítulo 3 Glosario de Términos E-CBNC Referencias Documentales 212 217 223 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas I. MENSAJE AL ALUMNO CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL simuladores, vivencias y casos reales MÓDULO para propiciar un aprendizaje a través AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO, “INSTALACIÓN OPERACIÓN DE Y CIRCUITOS DE de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS”! permitirán evaluar tu aprendizaje y el Este módulo ha sido diseñado bajo la requerida. Modalidad Educativa Basada en Normas desarrollo de la competencia laboral de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa desarrollo de contribuyan a efectiva para habilidades elevar tu el que potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral. Esta modalidad requiere tu prácticas con participación e involucramiento activo en 12 ejercicios y El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas II. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL ¾ Las instrucciones generales que a requisitos que debes cumplir para continuación se te pide que realices, aprobar el módulo. En él se indican tienen la intención de conducirte a las evidencias que debes mostrar que durante vincules las competencias módulo con tu formación de profesional considerar que has alcanzado los Redacta cuales serían tus objetivos unidad. específico para resultados de aprendizaje de cada ¾ Es fundamental que antes de empezar ocupacional. a abordar los contenidos del manual Analiza el Propósito del módulo tengas muy claros los conceptos que autocontenido a específico que se indica al principio del manual y continuación competencia se laboral, mencionan: unidad de contesta la pregunta ¿Me queda competencia claro hacia dónde me dirijo y qué es específicas), estudiar el contenido del manual? si campo de aplicación, evidencias de no lo tienes claro pídele al docente desempeño, evidencias de que te lo explique. conocimiento, producto, evidencias norma por de evaluación son parte de los institución educativa, lo que voy a aprender a hacer al ¾ del autocontenido personales al estudiar este módulo ¾ estudio requeridas por el mundo de trabajo técnico. ¾ el Revisa el apartado especificaciones (básica, genéricas elementos de competencia, criterio de desempeño, Electricidad y Electrónica técnica de formación 13 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ocupacional, módulo aprendizaje. Si norma, recomendamos aprendizaje que se te recomiendan. ocupacional, Recuerda que en la educación basada unidad de aprendizaje, y resultado de desconoces el en normas de competencia laborales que tuya, ya que eres el que desarrolla y la responsabilidad del aprendizaje es significado de los componentes de la te consultes el apartado glosario de orienta manual. competencias en particular. Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral, Norma técnica de institución educativa». ¾ conocimientos ¾ En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo Revisa el Mapa curricular del módulo que ellas te sugieren efectuar. Si no diseñado habilidades, y te será difícil realizar autocontenido específico. para Está mostrarte haces no aprendes, no desarrollas esquemáticamente las unidades y los los ejercicios de evidencias de resultados conocimientos y los de desempeño. permitirán de aprendizaje llegar paulatinamente a las que te desarrollar competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. ¾ Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de Imágenes de Referencia 14 y habilidades hacia el logro de algunas términos, que encontrarás al final del ¾ sus Estudio individual Investigación documental Consulta con el docente Redacción de trabajo Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Comparación de resultados con otros Repetición del ejercicio compañeros Trabajo en equipo Contextualización Realización del ejercicio Resumen Consideraciones sobre Observación seguridad e higiene Investigación de campo Portafolios de evidencias Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas III. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO Al finalizar el módulo, el alumno instalará y operará circuitos de control de máquinas eléctricas en los sistemas eléctricos comerciales e industriales, manejando la herramienta necesaria mediante la normatividad, técnicas y procedimientos establecidos para la construcción, operación y/o mantenimiento de las instalaciones eléctricas. 16 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas IV. NORMAS DE COMPETENCIA LABORAL • Acércate con el docente para que te permita revisar su programa de estudio del módulo autocontenido específico de la carrera que cursas, Para que analices la relación que para que consultes el apartado de la guardan las partes o componentes de norma requerida. la NTCL o NIE con el contenido del programa del módulo autocontenido específico de la carrera que cursas, te recomendamos consultarla a través de las siguientes opciones: • Visita la página WEB del CONOCER en www.conocer.org.mx en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido específico, esté diseñado con una NTCL. Consulta la página de Intranet del CONALEP http://intranet/ en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido específico esté diseñado con una NIE. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN Durante el desarrollo de las prácticas también se desempeño. estará El evaluando docente mediante el la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y conocimiento. recopilar evidencias de 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas Al término del módulo deberás y otros materiales que demuestran su dominio en presentar un Portafolios de Evidencias1, una función específica (CONALEP. Metodología para el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo, con esto se facilitará la evaluación del determinar que aprendizaje se competencia laboral. ha para obtenido Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de 18 Electricidad Industrial la P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación. VI. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO Instalación y Módulo Operación de Circuitos de Control de Máquinas 108 Hrs 1. Reconoci- Unidades de Aprendizaje 2. Instalación y 3. Instalación y miento de la Operación de Operación de Función de Circuitos de Circuitos de los Controles Control Control con PLC´s en las Máquinas Electromagné ticos Eléctricas 40 Hrs 40 Hrs Electricidad y Electrónica 28 Hrs P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 15 hrs. 1.1. Distinguir los tipos de máquinas eléctricas describiendo sus componentes. Resultados de Aprendizaje 1.2. Identificar las funciones comunes de los controles 25hrs. en la operación de las máquinas eléctricas. 2.1. Identificar los componentes que se utilizan en los hrs. circuitos de control electromagnético. hrs. 2.2. Realizar el montaje de los componentes de un circuito de control electromagnético de acuerdo a especificaciones de instalación. 3.1.diagramas Identificarylos componentes que se utilizan en los hrs. circuitos de control con PLC´s. 3.2. Realizar el montaje de los componentes de un hrs. circuito de control con PLC’s conforme a diagramas y especificaciones de instalación. Completar horas 1 RECONOCIMIENTO DE LA FUNCIÓN DE LOS CONTROLES EN LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS 20 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Al finalizar el capítulo, el alumno aplicará los conocimientos básicos de electricidad identificando la función de los controles eléctricos y sus componentes, para la correcta operación de las máquinas eléctricas MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas 108 Hrs 1. Reconoci- 2. Instalación y 3. Instalación y miento de la Operación de Operación de Función de Circuitos de Circuitos de en las Electromagné ticos los Controles Máquinas Control Control con PLC´s Eléctricas Electricidad y Electrónica 1.1. Distinguir los tipos de máquinas eléctricas 40 Hrs 40 Hrs describiendo sus componentes. 28 Hrs 15 hrs. P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 1.2. Identificar las funciones comunes de los controles Módulo en la operación de las máquinas eléctricas. Unidades de Aprendizaje Resultados de Aprendizaje 22 Electricidad Industrial 25 hrs. P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas SUMARIO ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Podemos decir que un motor es un MOTORES ELÉCTRICOS DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS. ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR. CONTROL DEL MOVIMIENTO. PROTECCIÓN DE MOTORES. dispositivo electromecánico capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Si alguna vez has tenido contacto con un generador seguramente tienes una idea ya algo clara de lo que es un motor, aún así, explicaremos más a detalle lo que es un motor de corriente directa con ayuda e la figura 1.1 que se muestra a continuación. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1. Distinguir los tipos de máquinas eléctricas describiendo sus componentes. 1.1.1. MOTORES ELÉCTRICOS • Funcionamiento En Fig. 1.1 Diagrama que muestra el principio de funcionamiento de un motor de cd. 1 Motores de cd. primer lugar, debemos tener presente la idea de lo que es un motor. Supongamos que una fuente de voltaje externa envía corriente a la bobina en Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas el sentido indicado. El campo magnético suministrado por un imán permanente produce o una por un electroimán fuerza sobre los conductores KG y MN. Como se puede observar, las fuerzas sobre que se podría conseguir de un solo cuadro. En algunos motores se emplean electroimanes para producir el campo magnético, mientras que en otros se estos utilizan imanes permanentes. La forma cuadro rectangular alrededor del eje magnéticas y la bobina rotatoria (o ar- conductores hacen girar a la espira o AA' en el sentido mostrado. exacta en que se conectan las bobinas madura) difiere de un motor a otro. Si se examinan las fuerzas sobre la Algunos motores funcionan tanto con evidente que, a menos que la corriente alterna, mientras que otros funcionan girando en el sentido mostrado. Por recomienda al alumno consultar otros esta razón, el anillo deslizante, o textos conmutador, está partido a fin de que detallada de estos instrumentos. la polaridad de las conexiones con la No obstante, antes de abandonar este bobina se invierta a medida que la tema, conviene señalar que la corriente bobina gira. Esto se muestra también a través de un motor es controlada por Existen diversas modificaciones de un f.e.m. espira cuando ésta gira, resulta se invierta, el cuadro no continuará en la Figura 1.1. corriente continua como con corriente solamente con un tipo de corriente. Se su para fuerza una descripción contraelectromotriz, inducida que más una ahora motor de este tipo. La mayoría de los describiremos. Si la bobina del motor motores constan de espiras gira en el campo magnético, debe A', pero a diversos ángulos unos de motor. Por tanto, cada motor, cuando varias devanadas con sus planos a través de A otros. Por cada espira fluye corriente 1 Fundamentos de Física. solamente durante una actuar está como generador, funcionando, así actúa como como pequeña generador. La f.e.m. que genera se fracción de un ciclo en el instante en opone al flujo de corriente a través del es la óptima para obtener un momento denomina fuerza contraelectromotriz. máximo. Tales motores dan lugar a un De hecho, la resistencia de un motor es momento mucho más uniforme que el generalmente bastante pequeña, y la que su orientación respecto del campo 24 motor, y ésta es la razón por la cual se principal limitación del paso de la Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas corriente por ella viene determinada por la fuerza contraelectromotriz. Si el motor está sobrecargado, marchará más despacio y, por consiguiente, extraerá más corriente de la fuente. Esta mayor corriente que fluye a través del motor ocasiones sobrecargado ser lo puede en suficientemente intensa como para que el motor se queme. Ilustraremos los conceptos anteriores con el siguiente ejemplo. Ejemplo. Cierto motor tiene una resistencia de 2,0 ohmios, y toma una corriente de 3,0 amp cuando está funcionando normalmente conectado a 110 V de la red. ¿Cuál es el valor de la fuerza De Motores de inducción de ca. todas las máquinas eléctricas contraelectromotriz que desarrolla? giratorias, la de inducción es la que se Solución y razonamiento: deseable como generador, pero mu- usa más a menudo. Raras veces es El motor puede ser considerado como una batería resistencia. representa en Puesto electromotriz, la serie que fuerza debe con la una batería contra- oponerse a la chos tipos de motores se usan en una gran variedad de aplicaciones —desde motores fraccionarios de dos fases para control, hasta motores polifásicos de 45,000 hp para túneles de aire; y un fuente de potencia. La situación se número Combinando las baterías y aplicando la caseros. Las características que jus- esquematiza en ley de Ohm se obtiene 110 - la ε = (3)(2) ε = 104 V Fig. 1.2. enorme de motores de inducción se usa en muchos aparatos tifican esta popularidad se deben en su mayoría a razones económicas. El motor de inducción es sencillo desde Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas un punto de vista mecánico y, por lo hay un voltaje de velocidad. Puesto que y prácticamente no necesita mante- cerrado, el voltaje inducido produce características, comportamiento con el flujo magnético en el entrehierro puede ajustarse a un gran número de y producen un par que ocasiona el giro por medio de cambios de diseños voltaje Inducido es de la misma fre- bastante sencillos. cuencia que la del suministro, y la tanto, resulta económico. Es resistente nimiento; además su de estas diferentes condiciones de operación El campo magnético rotativo induce (de el devanado del rotor es un circuito corrientes circulantes que se accionan del rotor. Si el rotor está parado, el corriente circulante es bastante grande. Sin embargo, a la velocidad de trabajo, ahí su nombre) un campo magnético la frecuencia del voltaje inducido en el resultando en un par que hace que el rotor rotor gire en el mismo sentido del giro pequeña. del campo magnético rotativo. Para La variedad de motores de inducción que disponible en el rotor que se opone al primero, el campo magnético pueda rotor es pequeña y la corriente en el es también puede relativamente clasificarse producirse, el rotor tiene que girar a damentalmente una velocidad un poco menor que la número esto, su velocidad de giro es siempre una clasificación ordenada en la tabla inferior a la velocidad de sincronismo 1-1 aumentando esa diferencia a medida motores polifásicos. motor. La diferencia entre la velocidad monofásicos se usan solamente como es relativamente pequeña incluso con operan en estado permanente, con cargas elevadas. Esta diferencia de excepción hecha en el momento del Cuando los devanados del estator son puedan ocurrir durante la operación. excitados por una c-a hay un voltaje Lo inducido en el devanado del rotor por normalmente del campo magnético rotativo. Por que aumenta la carga resistente del de sincronismo y la real de la máquina velocidad se llama "deslizamiento". acción de transformador, y asimismo 26 de de fun- fases acuerdo con en circuito su el eléctrico. De acuerdo con esto se da La para motores mayor parte de monofásicos los y motores dispositivos a velocidad constante que arranque y de las perturbaciones que mismo puede es decirse, válido, para y los motores con tres o más fases y rotor Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas de jaula de ardilla. El motor bifásico (que generalmente tiene un rotor de jaula de ardilla) se usa por lo común en aplicaciones de control, y rara vez llega a lograr la permanente parado). condición (excepto Los de estado cuando motores de está rotor devanado pueden usarse en una gran variedad de aplicaciones, pero casi siempre requieren bajo ajustes condiciones y control que de velocidad o de par, puesto que de otra manera el costo adicional del rotor devanado no puede justificarse económicamente. El motor Asíncrono más conocido es el de Jaula de Ardilla. Su nombre se debe Este tipo de motor no proporciona al parecido del rotor con una jaula, ningún voltaje al rotor por medio de donde acostumbran correr los roedores conexiones que se mantienen como mascotas. externas. Cuando se incrementa la potencia del motor suele ser necesario emplear diferentes sistemas de arranque para limitar la punta de corriente que se produce durante el arranque. Por su simplicidad de funcionamiento y su robustez es el tipo de motor eléctrico más empleado. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas en donde, p/2 es el número de pares de polos magnéticos del diseño de cada máquina. En esta relación, ωs, es la velocidad angular del eje y ωe, es la frecuencia angular del sistema eléctrico. Entonces, cuando dos o más máquinas síncronas están conectadas a la misma línea c-a, se moverán en sincronismo, ya que todas están funcionando a la misma frecuencia y se llama ωs, la "velocidad síncrona" de una máquina dada. Desde luego, si una máquina tiene 2 polos y otra tiene 14, la máquina de precisamente a 14 un polos séptimo corre de la velocidad de la máquina de dos polos. Como otras máquinas eléctricas, las máquinas síncronas operan ya sea como motores o como generadores. A una máquina síncrona polifásica que opera como generador se le llama "alternador". Las máquinas eléctricas - más grandes del mundo son alterna- Motores Síncronos dores 3 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. Las máquinas síncronas se denominan así porque directamente su relacionada frecuencia de la línea: 28 velocidad con está la síncronos. Algunas tienen potencias específicas de tanto como 1,700 millones de watts (1,700 MW). Aunque están diseñadas para operar como generadores, máquinas Electricidad Industrial pueden estas operar grandes como P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas motores y algunas veces "hacen de motor" si se presentan condiciones anormales en los sistemas. Para las plantas de almacenamiento bombeo, se diseñan síncronas con especificaciones máquinas orden de 50 MW para ambas operaciones de por motor del y generador. Muchas máquinas síncronas polifásicas más pequeñas (de 5 a 8,000 hp) se diseñan en primer lugar para aplicaciones como motores. Ya que la energía eléctrica puede ser transportada con la máxima economía por sistemas de transmisión trifásica, casi todos los motores síncronos mayores de 10 kVA y casi todos los motores industriales se diseñan para operación trifásica. Por estas razones las máquinas trifásicas son la base de esta explicación. Ahora te presentamos un ejemplo de cálculo de velocidad angular en un motor Síncrono. De la ecuación: ωs = 2π/ p/2 tenemos que: ωs = (2x3.1416)/ (14/2) = 6.2832/7= 0.89 por tanto la velocidad angular de la revolvedora es: ωs = 0.89 (rad/s) A manera de ejercicio, calcula la velocidad de la revolvedora del ejemplo anterior pero ahora en rev/min. • Clasificación de los motores eléctricos. − Por el tipo de corriente que los alimenta. Se construyen motores eléctricos de muy diversos tipos. Se dividen en tres grandes grupos según se el tipos de corriente para el cual es proyectado su funcionamiento: motores de corriente Ejemplo. Se tiene un motor síncrono para mover una revolvedora en un proceso de inyección de plástico. Sabiendo que el motor está construido con 14 polos, determina la velocidad angular de la revolvedora. Solución. continua, motores de corriente alterna monofásicos y motores de corriente alterna polifásicos. Hay diversos tipos de motores en cada uno de estos grupos, que difieren entre sí por sus distintas características de puesta en marcha y funcionamiento. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Los principales tipos de motores o Arranque con fase partida continuación en la siguiente lista: o Con condensador. eléctricos son los que damos a inductivamente. 9 Corriente continua. o Arranque por repulsión. o Excitación en derivación. o Marcha por inducción. o Excitación en serie. o Repulsión-inducción. o Serie. o Excitación compuesta. 9 Corriente alterna polifásica. − Por sus parámetros de salida parvelocidad. o Motores de inducción. o Jaula de ardilla. PAR. o Par normal, intensidad de El par motor en los motores eléctricos arranque normal. es la fuerza giratoria desarrollada por o Par normal, intensidad de el arranque reducida. También se le pueden mencionar como la resistencia a la o Par elevado, intensidad de fuerza giratoria ofrecida por la carga arranque reducida. o Par reducido, intensidad de arranque reducida. o Rotor de elevada resistencia. o Arranque automático. impulsada. El par motor se expresa en unidades de fuerza y distancia para representar el momento de torsión. Las unidades que se usan normalmente son las libras – o De varias velocidades. pie, o De rotor bobinado. onzas-pulgada o gramos-cm, dependiendo de la magnitud del par y o De colector con escobillas el sistema para expresar unidades en desplazables. que se use. Uno de los métodos preferidos de expresión es el por 9 Motores síncronos. ciento del par nominal a plena carga. o Tipo normal. El par de los motores eléctricos se o Para fines especiales. o Corriente alterna monofásica. o Repulsión. Inducción. o Polos con bobinas de sombra. 30 motor. puede describir con diversas especificaciones, la mayoría de las cuales se ilustran en la figura 1.3. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas El par de arranque o estático (par con el rotor frenado) de un motor, esfuerzo de giro es el ejercido por el mismo, cuando estando en reposo, se conecta a la línea. Es el par inicial que se presentará al arrancar una carga en reposo. El par mínimo de arranque es el mínimo par ejercido por el motor durante el período de aceleración desde el reposo hasta plena carga. El par límite de un motor es el máximo par que puede ejercer el motor en marcha sin que se origine una pérdida súbita de velocidad y bloqueo del motor. El par de lanzamiento de un motor El par de lanzamiento nominal de un motor síncrono es el máximo par que síncrono es el par que desarrollará el desarrollará motor para llevar la carga inerte por él motor de inducción al 95 % de su sincronismo. El par critico de un motor síncrono es accionada hasta la velocidad de cuando trabaja como velocidad de sincronismo. el máximo par sostenido que puede desarrollar el motor a la velocidad de sincronismo durante 1 minuto. El par nominal de un motor es el par desarrollado por un motor, cuando girando a la velocidad nominal y bajo la carga nominal, nos da la potencia nominal. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas aplicada, y en los motores de corriente alterna además de la frecuencia aplicada, con relación a los valores nominales correspondientes. El4 Manual par demáximo de un motor es el máquinas eléctricas y transformadores. máximo par que puede desarrollar el motor. En algunos motores este par se obtiene con el rotor en reposo, y en otros se obtiene para velocidades determinadas. Todos los pares que acabamos de describir 32 dependen de la tensión Electricidad Industrial Tabla 1.2. Par a rotor parado de los motores de rotor de jaula de ardilla y de una sola velocidad y P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas A manera de repaso selecciona la respuesta correcta en las siguientes preguntas. NOTA: procura no consultar la respuesta correcta en el manual. 1. Máximo par que desarrollará un motor de inducción cuando trabaja al 95 % de su velocidad de sincronismo. a) Par límite b) Par crítico c) Par de lanzamiento nominal 5 Manual de máquinas eléctricas y transformadores. 2. Máximo par que puede ejercer el motor en marcha sin que se origine una pérdida súbita de velocidad. a) Par límite b) Par crítico c) Par de lanzamiento 3. Es el par inicial que se presentará al arrancar una carga en reposo. a) Par límite b) Par de arranque o estático c) Par de lanzamiento 1. El par a rotor parado de los tipos A y B, de 60 y 50 ciclos por segundo de una sola velocidad, para motores polifásicos de jaula de ardilla, con la tensión y la frecuencia nominales, debe tener un valor de acuerdo con los siguientes valores expresados en tanto por ciento sobre e! par de plena carga Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas y que representa el límite superior del margen de aplicación de estos motores. Para aplicaciones para las que se necesite un par mayor, véase los valores correspondientes a los motores tipo C y D. Algunas características de par a rotor parado para motores de inducción polifásicos se muestran en la Tabla 1.2 2. El par a rotor parado de tipo C, de 60 y 50 ciclos por segundo, de una sola velocidad, para motores polifásicos de jaula de ardilla, a la tensión y frecuencia nominales, debe estar de acuerdo con los siguientes valores expresados en tanto por ciento del par de plena carga y que representa el límite superior del margen de aplicación de estos motores. En la tabla 1.3 se muestran características de par a rotor parado para motores de tipo C. 3. El par a rotor parado para los motores de tipo D, de 60 y 50 ciclos por segundo para rnotores polifásicos de caja de ardilla, de velocidad tínica, de cuatro, seis y ocho polos, a la tensión y frecuencia nominal, debe ser el 275 % del par de plena carga, lo representa margen el de límite superior aplicación de del estos motores. 4. El par a rotor parado de un motor de tipo F, de 60 y 50 ciclos por segundo de cuatro y seis polos velocidad única, siendo el de motor polifásico y de jaula de ardilla, para cargas nominales iguales o mayores de 30 HP, con el voltaje y la frecuencia nominales, debe ser el 125 % del par de plena carga, lo que representa el límite superior del margen aplicación de estos motores. de El par límite de los motores tipo B y C, de 60 y 50 ciclos por segundo, de una sola velocidad, polifásicos y con rotor de jaula de ardilla, a la tensión y la frecuencia nominales debe estar de 6 Manual de máquinas eléctricas y transformadores. acuerdo con los siguientes valores, expresados en tanto por ciento del valor del par de plena carga, y que representa 34Tabla 1.3. Par a rotor parado tipo C. 6 Electricidad Industrial el límite superior del P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas margen de aplicación de estos motores. Algunas características de par para motores tipo B y C se muestran en Los pares límites variarán entre el 200 y el 250 % del valor del par de plena carga. El motor de tipo A (par normal, intensidad de arranque normal) es el El motor de jaula de ardilla de tipo B (par normal, intensidad de arranque limitada) está proyectado de tal manera inducción de jaula de ardilla. Es una y reactancia en la puesta en marcha máquina de velocidad constante que pero que una vez en funcionamiento, posee un deslizamiento del 2 al 5 % a tiene cionamiento Esto le permite producir un par de la tabla 1.4. tipo normal antiguo de motor de plena carga. No está adaptado al funvelocidad. con regulación de que el rotor tiene una gran resistencia una resistencia y aproximadamente normales. reactancia arranque igual al de los motores de tipo A, para la misma tensión pero Las intensidades de arranque con el con una intensidad rotor parado y con la tensión nominal, mucho menor. varían entre el 500 y el 1000 % de la Las características de funcionamiento intensidad carga, son muy semejantes, aunque no tan correspondiendo los menores valores a buenas, a las de los motores tipo A: el polos. par límite son un poco menores y la Las intensidades de arranque a plena regulación de velocidad un poco más tensión de motores de 5 HP o menores, amplia. La intensidad de arranque con los valores de la mayoría de las 30 HP o de menor potencia estará conectándolos directamente a la red. por la mayoría de compañías eléctricas Los motores mayores de 5 HP tendrán por lo que pueden ponerse en marcha tensión superiores a las limitaciones Los establecidas por las compañías y en la tendrán una corriente de arranque mayoría de los casos tendrán que fuera de las limitaciones impuestas por de plena los motores con mayor número de estarán dentro de las limitaciones de compañías eléctricas y pueden arrancar unas intensidades de arranque a plena arrancar con una tensión reducida. de arranque rendimiento, el factor de potencia y el la tensión nominal para un motor de dentro cíe las limitaciones impuestas conectándolos directamente a la red. motores de mayor potencia las compañías eléctricas, por lo que Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas frecuentemente tensión reducida. deben arrancarse a El motor de tipo C (par elevado, pequeña intensidad de arranque) se construye devanados generalmente de con jaula de dos ardilla, colocados uno encima del otro, dentro de las ranuras del rotor. Durante el período de arranque la mayor parte de la corriente pasa por el devanado superior que tiene una mayor resistencia. Esto permite al motor producir un par de arranque superior, para un mismo valor de la intensidad de arranque, al producido por un motor del tipo alcanzado corriente B. Cuando su del el motor ha velocidad normal la inducido pasa normalmente por ambos devanados y las características de funcionamiento son similares a las de los motores de tipo B. 36 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Ejercicio. 7 Manual de máquinas eléctricas y transformadores. Determina, usando la tabla 1.4, la velocidad de sincronismo para motores de 5 y 10 HP, usando un frecuencia de 50 Hz. NOTA: Determina la respuesta sin ver la solución. Sol. Para 5 hp: vel.sin=3600 a 3000 y para 10hpse tienen las mismas características. La corriente de arranque cuando se aplica la tensión nominal para los motores de 30 HP o menores, no excederá las limitaciones de la mayoría de las compañías eléctricas por lo que pueden ponerse en marcha mayor capacidad conectándolos directamente a la red. Los motores de tendrán una intensidad de arranque superior a la permitida por lo que deberán ponerse en marcha con la tensión reducida. VELOCIDAD. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La velocidad es una medida de la cien muy pequeño desde vacío hasta Para motores eléctricos, la velocidad 2. la flecha respecto al tiempo. La unidad gradualmente entre amplios límites, que pero que una vez regulado para una proporción o rapidez del movimiento. designa el número de revoluciones de se usa normalmente son las la motores revoluciones por minuto (r/min). La velocidad a que los plena carga. MOTOR DE VELOCIDAD REGULABLE aquel cuya velocidad puede es variar velocidad, ésta permanece constante e independiente de la carga. eléctricos proporcionan el par formada La velocidad base de estos motores es la base del uso del motor y por esta la mínima velocidad de régimen que se términos que definen las velocidades y tensión de régimen y en condiciones motores, ya sea por definición o según 3. su uso. que puede trabajar a cualquiera de razón se han establecido diversos son comunes para todos los tipos de obtiene con la carga de régimen, con la de temperatura normales. MOTOR DE VARIAS VELOCIDADES es aquel varias velocidades determinadas, pero Todo motor eléctrico posee una que una vez regulado para una característica de velocidad inherente velocidad, ésta permanece constante e por independiente de la carga. medio de la cual puede ser clasificado. La siguiente clasificación Difiere del atendiendo a las características de regulable, en velocidad solamente a National es la adoptada Electrical Association (NEMA). 1. aquel por que puede varias velocidad trabajar velocidades determinadas, sin un ajuste gradual es intermedias de aquellas a las que el 4. velocidad prácticamente de Manufacturéis MOTOR DE VELOCIDAD CONSTANTE cuya la motor permanece constante desde que le permita trabajar a velocidades puede trabajar. MOTOR DE VELOCIDAD VARIABLE es régimen de vacío hasta el de plena aquel cuya velocidad varía al variar la pues aumentar ésta la velocidad disminuye y carga. Los motores de este tipo tienen una velocidad constante e carga, de manera que generalmente al independiente de la carga; en todo viceversa. caso la velocidad varía en un tanto por 5. REGULABLE 38 Electricidad Industrial MOTOR DE VELOCIDAD es aquel cuya VARIABLE velocidad P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas puede ser márgenes, regulada entre amplios pero que una vez regulado para una velocidad dada, ésta varía con la carga. La tabla 1.5 muestra cuáles son los términos de velocidad que se asocian normalmente con los tipos básicos de motores. En esta tabla un sí indica que el término está bien definido por lo más y por el uso general, y aparece además en la literatura publicada para el tipo particular primotor de que se trate. Un no indica que el término o no es aplicable a este tipo de motor o no se asocia de manera general con este tipo particular de motor. Tabla 1.5. Términos de velocidades del motor. 8 Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas definan los tipos de motores según sus parámetros de funcionamiento. b) Reúnanse en parejas y junten la información recabada. c) Realicen en láminas esquemas, diagramas o cualquier otro recurso que les permita analizar todas y cada una de las características para los tipos de motores expuestos. d) Puntualiza de manera oral y ante grupo los criterios utilizados y que definen el tipo de máquina eléctrica analizada. e) Presenten su trabajo al grupo para ser retroalimentado. Realización del ejercicio 8 Manual de máquinas eléctricas y transformadores. Competencia analítica Distinguir las características de funcionamiento de los diferentes tipos de máquinas eléctricas a) Con base en la lluvia de ideas 1.1.2. realizada en grupo toma notas destacando aquellas que consideres más relevantes y que 40 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS. • Motores de CD. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La máquina c-d es parecida a una máquina síncrona vuelta al revés, con las ranuras desde un extremo del apilamiento del núcleo. un inversor-rectificador mecánico ínter construido, que se conecta entre las bobinas de la terminales armadura c-d. y las Este inversor- los elementos rectificador se llama conmutador. La figura 1.4 básicos. El muestra devanado de la armadura se compone de bobinas encajadas en ranuras en el rotor. Al rotor de una máquina c-d se le llama generalmente la armadura. La armadura tiene un núcleo cilíndrico de acero, que consiste de un apilamiento de láminas ranuradas. Las ranuras de las láminas se alinean para formar estrías axiales en la superficie cilíndrica exterior del núcleo, en las cuales se sitúan los lados de las bobinas del devanado de la armadura. En algunas máquinas pequeñas, las ranuras son alabeadas (helicoidales). El alabeo hace que el devanado sea un poco más difícil, pero produce un funcionamiento más suave y una ligera reducción de las pérdidas. El hierro laminado que está entre las ranuras forma los "dientes" del núcleo. Las bobinas de la armadura se mantienen en su lugar por medio de "cuñas" de madera o de fibra, que se insertan en Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Motores de inducción de CA. 9 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. La máquina de inducción tiene por lo común un devanado en su estator que se excita desde una fuente externa de c-a. 42 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Por lo general, su rotor consiste en una estructura laminada con ranuras oblicuas en las que se ha fundido un material conductor, lo que produce un rotor sólido, cilíndrico, en circuito corto comúnmente llamado rotor jaula de ardilla, como se muestra en la figura 1.5. Fig. 1.5. Vista de las partes por separado de un motor de inducción polifásico de jaula de ardilla. Las principales partes electromagnéticas son: 1) conjunto del núcleo y bobinas del estator, 2) conjunto del núcleo del rotor y bobinas en el cual no se requieren conexiones conductivas físicas Electricidad y Electrónica 10 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La figura 1.6 muestra una armadura 10 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. completa para una máquina de baja velocidad, de 8000 hp, en la que las bobinas de la armadura se mantienen Fig. 1.7. Vista d en las ranuras por medio de bandas de ardilla, trifásico fibra de vidrio. d W Para fines especiales, el rotor de un motor de inducción puede alojar un devanado, y cuando se construye de esta manera, el devanado queda aislado de las ranuras y conectado a anillos rozantes como se muestra en la figura 1.7. Las terminales del devanado del rotor se pueden conectar a circuitos externos, según sea necesario particular. Fig. 1.6. Armadura de un motor de cd de 8000 hp, 700V, 40-100 rev/min para un laminador de acero. 44 Electricidad Industrial para cada aplicación en ti h El P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La figura 1.8 es una fotografía de una pequeña máquina (5 kVA) síncrona trifásica de seis polos, 220 V, 13.1 A, 60 Hz, a la que se ha quitado su rotor de polos salientes. Cuando la máquina funciona como generador, el devanado del estator es la fuente de voltaje y de potencia eléctrica y es también el devanado de entrada cuando trabaja como motor. Entonces, es la armadura de la máquina. Las bobinas en los polos salientes del rotor se conectan en serie para formar los devanados de campo. Fig. 1.8. Máquina síncrona de 5 KVA mostrando el estator • Motores Síncronos El 11, 12 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. núcleo láminas del 13 estator anulares, consiste de ranuradas, superpuestas (véase la figura 1.9). Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Cuando estas láminas se apilan y mayoría de los devanados trifásicos un núcleo cilíndrico con ranuras axiales colocan dos lados de bobinas en cada corren a lo largo del cilindro y permiten lados en el fondo de una ranura, su la otro lado se encontrará en la parte atornillan juntas, dan como resultado en la superficie interna. Estas ranuras inserción de las devanado de la armadura. bobinas del son de "doble capa", es decir, se ranura. Si una bobina tiene uno de sus superior de otra ranura, o sea en aquella posición más cercana al entrehierro. Ya que hay dos lados de bobinas en cada ranura y cada bobina tiene dos lados, el número de bobinas en un devanado de doble capa es igual al número de ranuras. Una bobina puede tener una o más espiras. Al número de espiras en cada bobina se le da el símbolo Nc. El número de conductores en cada lado de una bobina es obviamente igual a Nc por lo tanto, el número de 13,14 Máquinas eléctricas I. ranura L. conductores en y transformadores. cada proporcionados por cada bobina es Fig. 1.9. Núcleo de un estator parcialmente devanado. 14 2Nc. El torcimiento peculiar en cada extremo de las bobinas es para permitir que haya un espacio mecánico entre las bobinas adyacentes. Se dice que una bobina de devanado de estator trifásico tiene dos “extremos” y dos “lados”. Los lados de las bobinas se insertan en las ranuras del núcleo del estator y sus extremos aparecen en los respectivos extremos del núcleo, como 46 muestra la figura 1.10. La Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas independientes. Nótese que las bobinas que componen el devanado se colocan en las ranuras para formar grupos igualmente espaciados. Las bobinas del devanado de la armadura en el estator se conectan para formar tres "devanados de fase" Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas polo. El campo magnético que producen los polos del rotor se une con el campo giratorio del estator, de modo que los campos del eje y del estator giran en sincronismo. Los rotores de las máquinas síncronas El número de grupos en cada devanado 15 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. son de dos tipos: de polos salientes y cilindricos. Sin embargo, los polos de tase es igual al número de polos del salientes rotor. Cuando la corriente fluye en el mecánicamente y producen demasiada con una polaridad dependiente del esto magnetomotriz (FMM) proporcional al por turbinas de gas o de vapor. Para amperaje. Los grupos de un devanado estas grandes máquinas, el rotor debe de fase se conectan de modo de que ser un cilindro sólido de acero forjado cuando un grupo presente un polo para proveer la resistencia devanado, cada grupo produce un polo sentido de la corriente y una fuerza son demasiado débiles resistencia aerodinámica y ruido, por no se usan en los grandes alternadores de alta velocidad movidos magnético norte al entrehierro, los grupos adyacentes en ambos lados produzcan polos sur. Entonces, para el necesaria. En la superficie del cilindro sentido de la corriente en un instante se cortan ranuras paralelas al eje dado, (véase la figura 1.11) para alojar los la polaridad magnética es alternativamente N, S, N, S, etcétera, devanados de campo. Los rotores de las máquinas síncronas La mayoría de los rotores sólo tiene giratorios, construidos de modo que Unas pocas tienen polos (1800 rev/min tengan tantos polos cuantos son los a 60 Hz). Las figuras 1.12 (a), (b) y (c) estator. dos tipos de rotor insertados. Los polos del rotor se magnetizan por En estas figuras ambos rotores tienen cuatro polos. como se ve desde el entrehierro. son simplemente producidos por el electroimanes devanado del corrientes directas que fluyen en las dos polos (3600 rev/min a 60 Hz). muestran dibujos de un estator con los bobinas de campo que rodean cada 48 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Preguntas de repaso. 1. ¿Qué es lo que conoce armadura de la máquina? como Resp. El devanado del estator. 2. ¿Cómo se conectan las bobinas en los polos salientes del motor? Resp. En serie 3. ¿Cómo se embobinan los devanados del estator? Resp. Los lados de las bobinas se insertan en las ranuras del núcleo del estator y sus extremos aparecen en los respectivos extremos del núcleo. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 16 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. 50 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas PARA CONTEXTUALIZAR CON: 17 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas máquinas pequeñas tienen resistencias unitarias más altas en su armadura. Su Realización del ejercicio. baja inercia del rotor les permite acelerar con rapidez y constituir su contravoltaje en poco tiempo. Por estas Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.1 “Identificación de motores según las características eléctricas en manuales de fabricantes” ubicada en la pág. razones, las máquinas de hasta alrededor de 3 hp por lo general arrancan con seguridad conectándolas directamente a la línea. Las máquinas más grandes requieren que se inserte un resistor en serie con la armadura cuando se conecta primero la máquina a la línea, para limitar la corriente de arranque aproximadamente a dos o tres veces la corriente específica. (El RESULTADO DE APRENDIZAJE campo en derivación debe recibir el 1.2. Identificar las funciones comunes de los controles en la operación de las máquinas eléctricas. voltaje completo de la línea durante el 1.2.1. ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR. motores resistencia c-d de tienen una armadura de aproximadamente 0.05 por unidad. Si se intenta que arranque un motor conectándolo simplemente a la línea de voltaje específico, la corriente en la armadura será perjudicial; es decir, 20 veces 52 la corriente reduzca el voltaje del campo en derivación). Al acelerar el motor, el contravoltaje, Eg, se desarrolla y causa una reducción en la corriente de la El resistor de arranque puede entonces reducirse por pasos sólo la resistor de arranque se conecta sin que armadura. • De un motor de CD. Los proceso de arranque, de modo que el nominal. Las conforme aumenta Eg. Cuando Eg haya alcanzado un valor suficientemente alto, el resistor de arranque se elimina por completo y entonces queda el motor conectado directamente a la línea. La figura 1.13 "simplificado" Electricidad Industrial de es un un diagrama arrancador P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas automático para un motor c-d. El incluirse este contacto. Entonces, el que los símbolos de los componentes velocidad constante". diagrama "simplificado" es aquel en el se localizan por conveniencia al dibujar arrancador se denomina arrancador "de el circuito. Este contrasta con el diagrama "de instalación", en el cual se muestran las posiciones físicas relativas de los componentes, con sus terminales numeradas y el detalle de los alambres de interconexión. El circuito particular que se ilustra emplea el voltaje terminal del circuito de la armadura para determinar cuándo cerrar los contactos que eliminan los resistores de arranque, R1 y R2. Por esta razón se le denomina arrancador de "contra-fem". Otros arrancadores emplean simplemente relés de retraso temporal para determinar la secuencia de eventos, en cambio otros usan relés sensibles a la corriente. En el circuito hay un contacto para eliminar el reóstato de campo durante Fig. 1.13. Diagrama "simplificado" de arrancador automático para un motor c-d. el arranque. En el mismo instante en que se elimina la sección final del resistor de arranque, se reinserta el reóstato de campo y la máquina toma la velocidad para la cual se graduó el Tener voltaje completo en el campo en un contacto para eliminar el reóstato bueno por varías razones: de campo se denominan “arrancadores 1. reóstato. Los arrancadores que tienen de velocidad variable “. Si no hay un reóstato de campo, no necesita derivación durante arranque Un flujo alto produce un par máximo de arranque. Electricidad y Electrónica el es P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 2. Un flujo alto evita exceso de 3. Un desarrollo rápido de Eg limita velocidad. la corriente de arranque. El sistema cuando se funciona oprime como el sigue: botón de "arranque", se excita la bobina del contactor todos principal, los M. contactos Esto cierra contacto grande motor no está girando y Eg es cero. El arrancador se diseña suponiendo que normalmente el conecta secciones en el resistor de arranque es abiertos, señalados con M. Un En el instante en que M cierra, el los circuitos de la armadura y del campo voltaje de línea es el voltaje específico de la máquina, VB . Con dos posible limitar la corriente inicial en derivación a la línea. Un contacto alrededor de 2.5 veces la corriente pequeño de control elimina el botón específica. Para limitar la corriente al "de arranque", de modo que puede doble del valor nominal se requieren soltársele sin interrumpir el proceso de tres secciones. Entonces, para la figura uno debe conformarse con arranque. dejar que la corriente inicial alcance 2.5 del valor específico. • De un motor de CA. − A tensión plena. El requisito de este tipo de arranque es simplemente la conexión directa del motor a la línea de alimentación (fig. 1.14). Esto se puede conseguir sencillamente utilizando un interruptor de cuchillas, pero este método sólo permite la protección mediante fusibles. del motor Para pequeños motores de potencia 54 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas fraccionaria en intensidad, un circuitos simple de baja interruptor puede ser satisfactorio, utilizándose frecuentemente. En muchos aparatos no se emplea más que el cordón y la clavija como medios seccionadores, junto con un pequeño interruptor para poner en marcha y parar el motor. A causa de que el motor no queda Con motores de hasta 7.5 CV y tensión no mayor de 600 voltios se puede desconectado de la línea en el caso de emplear control línea, La mayoría de estos arrancadores que falte en ella la energía, este tipo de de arranque puede ser utilizado, por su economía, en el caso el arrancador también reúnen las condiciones de protección que subtensiones. peligran sí se ponen de conexión del motor directamente a la de ventiladores y otros dispositivos no manual contra la sobrecarga y nuevamente en marcha al restaurarse El arrancador que más se emplea para la energía. motores de hasta 800 CV y 600 volts o menos es el que dispone cíe un contactor electromagnético para realizar la conexión directa del motor a línea. Este arrancador, combinado con dispositivos piloto, puede proporcionar una absoluta protección del motor y un funcionamiento completamente automático. La inmensa mayoría de motores se construyen actualmente de modo que soporten la sobreintensidad que se produce cuando se emplea el arranque a tensión nominal. Sin embargo no 19 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- todas las líneas de plantas industriales ni todos los equipos de las compañías distribuidoras Fig. 1.14. Arranque a tensión plena. 19 Electricidad y Electrónica de energía eléctrica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas pueden soportar dichas sobre intensidades. Cuando un motor de de la instalación así como la capacidad del sistema de conductores la sección que sea suficiente para impedir el bien recurrir al arranque a tensión funcionamiento perfecto del equipo de reducida. control. Si la caída de tensión es los Si gran potencia arranca a plena tensión, puede originar una caída de tensión de distribución, es inadecuada, debe ser aumentada o considerable, puede ser causa de la disminución de intensidad en el alumbrado de otras plantas conectadas a la misma red. En la mayoría de instalaciones industriales la compañía penaliza, en forma de tarifas más altas, las sobre intensidades excesivas en la línea mediante el uso de un medidor de máximo consumo. Este medidor registra la máxima potencia media suministrada durante un período dado de tiempo, generalmente 15 minutos. Este factor debe ser siempre tenido en cuenta cuando se decide la adopción del método de arranque para motores − A tensión reducida. Siempre que el arranque de un motor a tensión nominal pueda causar serios descensos de la tensión en las Líneas de la compañía distribuidora o en los cables de la instalación., imperativo el arranque energía registrada por tensión otras razones para el uso de este tipo de control, debiéndose tenar en cuenta todas ellas al seleccionar el tipo de arranque del motor. estos contadores durante el arranque de los motores de gran potencia mediante arranque a tensión plena puede muy bien exceder del costo de los equipos de arranque a tensión reducida. Cuando se considere la adopción del arranque a plena tensión, siempre es necesario inspeccionar los conductores 56 casi reducida (figura 1.15). Existan también de gran potencia. El coste adicional de la a es Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas empleen para reducir la tensión, deben estar proyectados adecuadamente al motor en particular que ha de ser puesto en marcha. No entra dentro del plan de este manual estudiar el diseño de los arrancadores de tensión reducida, sino señalar la necesidad de hacer una selección apropiada de acuerdo con las especificaciones del Cuando se pone en marcha un motor fabricante del motor. produce o empleado en el arranque a tensión como piñones, aletas de ventilador, el par de arranque del motor se reduce mediante conexión directa a la red, se un esfuerzo excesivo choque en las distintas piezas, tales poleas y acoplamientos. Cuando la carga es pesada y por lo tanto requiere Cualquiera ,que sea el método reducida., hay que tener presente que también. Si un motor no es capaz de producir el par de arranque suficiente gran esfuerzo su aceleración, puede para iniciar el giro del motor en el ser necesario el arranque a tensión arranque directo o a tensión nominal, reducida. la aplicación del arranque a tensión reducida agravará la situación a causa de que el par de arranque se reduce. El 20 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- Las transmisiones de correa con cargas par de arranque de un motor de pesadas a inducción es función del cuadrado de aplique el par lenta y uniformemente aproximadamente del cuadrado de la El arranque a tensión reducida se arranque se reduce en el 50 %, la obtiene re- intensidad de arranque del motor se reactancias a fin de reducir la tensión pero el par se reducirá al 25 % de su son propensas deslizamiento excesivo a no ser que se hasta alcanzar la plena velocidad. mediante sistencias, el uso de autotransformadores o la intensidad del rotor, o intensidad de línea. Si la tensión de reducirá también al 50 % de la normal, de la línea hasta el valor deseado valor normal. Algunos de los métodos durante de obtención, del arranque a tensión el arranque, indepen- dientemente de los medios que se reducida Electricidad y Electrónica pueden producir una P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas aceleración nula o muy pequeña en las condiciones de arranque. Esto requiere que la velocidad nominal se alcance Generalmente el sistema de arranque nominal, La intensidad de arranque en adición las condiciones de tensión reducida frecuencia arranque a tensión nominal. el rotor alcance aproximadamente el después de aplicada la tensión será inferior a la correspondiente al El motor sincrónico arranca como uno jaula y con una un relé sensible a la de deslizamiento o de de conexión del inductor para que cuando 95 % de la velocidad sincrónica, los − De un motor síncrono. de es del tipo de tensión reducida con la resistencia conectada al arrollamiento inductor para disipar la corriente generada en estos arrollamiento durante el arranque (Figura 1.16). devanados inductores 21 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- alimentados automáticamente sean con corriente continua. El relé de frecuencia de deslizamiento debe también eliminar la excitación del campo y conectar la resistencia de campo si el motor pierde el sincronismo ya que si no se suprime arrollamiento sometido a la del una excitación, estator el quedará sobreintensidad peligrosa. El motor sincrónico debe estar provisto de relé de secuencia incompleta para protegerlo durante su puesta en marcha en el caso de no completarse la secuencia de arranque. También debe estar provisto de medios para ajustar la excitación de campo. La anterior descripción del arranque como motor de jaula puede parecer excesivamente simplificada, por ser de carácter general y aplicable a todos los Fig 1 16 Control de un motor síncrono 21 motores aplicación sincrónicos. Para una específica de un, determinado tipo de estos motores., se 58 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas deberá consultar la documentación del otros dispositivos piloto accionados sincrónicos para El método más general de parada es de estas ideas generales del arranque la línea interrumpiendo el circuito de aquí expuestas, requiriendo equipo o la bobina del contactor, si se trata de fabricante. Muchos están motores proyectados aplicaciones específicas y varían algo circuitos adicionales. manualmente. simplemente desconectar el motor de un arrancador disparando los electromagnético, contactos de o un Paro de un motor.- Hay varios factores que deben ser tenidos en cuenta en la arrancador manual, con un botón de máquinas todo lo que se necesita es muy rápida y exactamente pero que no motor y dejar que éste siga girando método que más se emplea es el por inercia hasta que se pare. Sin llamado de frenado por contracorriente embargo, o contramarcha. parada de un motor. En algunas que se interrumpa o abra el circuito del no todas las máquinas parada. Con motores que deben ser parados necesitan una utilizando el Esto un grúa o montacargas no sólo se debe pulsador juntamente con un contactor parar rápidamente, si no que también consigue carga, permiten que el motor quede sometido únicamente a su inercia. Por ejemplo, se soportar un interruptor de frenado automático o un inversor. debe mantener cargas pesadas. Otras Con cualquiera de estas unidades, el máquinas, las arrancador del motor se desconecta y de luego es activado momentáneamente pero no necesitan mantener una carga. momentánea frena al motor por medio tales esmeriladoras o como rectificadoras roscas, deben parar muy bruscamente El método de parada puede ser manual o automático. La parada automática de dispositivos parada sentido contrarío. La inversión de la contracorriente y produce una parada brusca. Este tipo de parada no se consigue mediante el uso de interruptores fin de carrera, en flotador, piloto manual es u otros sirve para grúas ni montacargas a causa de que el motor parado, por sí solo, no puede mantener la carga. automáticos. La Cuando se trata de equipos tales corno controlada por grúas y montacargas hay que tener en botones pulsadores, interruptores, u cuenta que la carga tiene tendencia a Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas hacer girar al motor en el sentido de descenso de la carga. Esto es lo que se llama carga de transporte adicional. Cuando se emplean motores de c.a. suelen ser del tipo de rotor devanado y la parada va precedida de una dis- minución progresiva de la velocidad con el fin de anular en lo posible el Algunas veces la parada de los motores efecto de arrastre del motor por la sincrónicos se efectúa utilizando el carga. Tan pronto corno el motor frenado automáticamente un freno mecánico conectando resistencias en bornes del conectado se convierte al motor en un generador de emplean motores de c.a., el efecto de c.a. La resistencia presenta una pesada arrastre del motor por la carga es carga al generador, haciendo que éste disminuido con un frenado dinámico y se pare rápidamente, Hay que tener la a continuación, una vez alcanzada una precaución de utilizar una resistencia velocidad -pequeña, se hace actuar el capaz de disipar la potencia generada queda desconectado de la línea, actúa (Fig. 1.17 ) que retiene al eje del motor a la carga. Cuando freno mecánico. dinámico. Esto se realiza desconectando el motor de la línea y motor, lo que momentáneamente mientras se está parando el motor. También hay que tener en cuenta que este tipo de parada no se puede utilizar para parados frecuentes a causa de que hay que dar tiempo a las unidades de resistencia para que se enfríen entre operaciones sucesivas. Ejercicio. Subraya la respuesta correcta en los siguientes reactivos. 1. Tipo de arranque en donde el motor se conecta directamente a la línea de alimentación. Fig. 1.17. Frenado mecánico. 60 22 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas a) Tensión plena b) Tensión reducida Realización del ejercicio c) Arranque sincrónico 2. Cuando directamente un motor desde la se arranca línea de Competencia analítica alimentación, la corriente de arranque es: Distinguir las características de a) 5 veces la nominal funcionamiento de los diferentes b) 3 veces la nominal tipos de controles eléctricos. c) 20 veces la nominal 3. Los métodos de paro de un motor pueden ser de dos formas: a) Realiza un resumen en tu cuaderno tomando en cuenta las ideas más destacadas de los controladores de a) Manual y automático motores según de la lluvia de ideas b) Brusco y lento en la sesión. c) Lento y con carga 4. En motores que necesitan un paro brusco son soportar cargas se usa el método de frenado: b) Complementa tu información en equipos. c) Seleccionen un tipo de control eléctrico y realicen un esquema en a) Por contracorriente hojas de rotafolio, señalando, las b) Mecánico características físicas y eléctricas c) Por sincronismo de este. d) Presenten su trabajo al grupo para ser retroalimentado. 22 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- Realización del ejercicio Competencia analítica Distinguir las características de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas funcionamiento de los diferentes tipos de controles eléctricos. a) Reúnanse en personas y equipos de tres analicen las características de funcionamiento de los diferentes tipos de controles Competencia información Consultar información técnica sobre controles eléctricos. a) Reúnanse consulten eléctricos según la lluvia de ideas de realizada por el PSP. de las tipos eléctricos según arranque-paro de de ante análisis Instalación y automatización de Catálogo grupo el y ca utilizando sus láminas. d) Puntualiza de manera oral y ante de control de máquinas eléctricas. retroalimentados. Investigación documental Control b) Con al información recopilada, realiza un trabajo por escrito al PSP. c) Elabora conclusiones respecto de tu investigación y preséntalas ante el grupo. d) Retroalimenta tus conclusiones y las de tus compañeros. e) Realicen una sesión de preguntasrespuestas ente el grupo para ser de eléctricas” de I. L. Kosow. grupo los criterios utilizados y que tipo 2000 Siemens, “Control de máquinas arranque y paro para motores de cd el controles revistas, libros,catálogos, etc. motores funcionamiento de un control de definen diferentes acerca Te sugerimos los siguientes: el el información y controles realizado en el inciso (a). c) Expongan parejas consultar páginas de internet, características básicas de funcionamiento de los diferentes los en eléctricos para motores, puedes b) Elaboren en hojas de rotafolio un listado de Consideraciones sobre seguridad e higiene. Competencia para la vida. Aplicar las normas de seguridad e higiene durante el desarrollo de la práctica. 62 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas a) Realiza normas b) un resumen de de seguridad las que existan en el laboratorio. el desarrollo de la práctica. No introducir alimentos ni bebidas al laboratorio. d) Fomenta normas el respeto vigentes laboratorio a en con las el tus compañeros de equipo. CONTROL DEL MOVIMIENTO. • Inversión de giro. Utiliza el equipo de seguridad anotado en tu resumen durante c) 1.2.2. − De un motor de CD. Inversión Se puede obtener la inversión del sentido de rotación de un motor de corriente continua a través de la inversión de la corriente del inducido o a través de la corriente de campo. La inversión de la corriente del rotor o de la corriente de campo puede obtenerse a través del conmutador mecánico de Realización del ejercicio. polaridad (contactor), o a través de un conmutador estático de polaridad (conversor doble de corriente). Se puede hacer la inversión de la Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.2 “Arranque retrasado de un motor de inducción trifásico” ubicada en la pág. corriente del rotor de 10 a 20 veces más rápidamente que la inversión de la corriente de campo. Por otra parte, la inversión con conmutador estático puede ser de 10 a 20 veces más rápida que la inversión del conmutador mecánico. Además, también los desgastes limitan el mecánicos empleo de contactores. La figura 1.18 muestra, esquemáticamente, el principio de este método de frenado. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas a la sucesión de fases necesaria para tal efecto. Un arrancador electromagnético inversor comprende dos contactores electromagnéticos en una misma unidad. Las fases de la red están conectadas a estos contactores (Fig. 1.19) de forma que al actuar el contactor 1, L1 se comunica con T1 y L3 con T3 mientras que si actúa el contactor 2, L1 se comunica con T3 y L3 con T1 produciéndose la inversión de dos fases, ya que L3 quedará comunicada con T2 en ambos casos. Fig. 1.18. Inversión: a) por la corriente de inducido, b) por el campo eléctrico. − De un motor de CA. La inversión de giro en un motor de corriente alterna se logra conectando el motor a la línea en una sucesión determinada de fases para que el motor gire en uno u otro sentido. Las condiciones anteriores se logran con un arrancador inversor. El requisito esencial de un arrancador inversor para motores trifásicos es que sea capaz de conectar el motor a la línea de acuerdo 64 Electricidad Industrial 23 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Estas unidades generalmente de están un provistas enclavamiento mecánico consistente en una palanca o brazo que impide el cierre de un contactor cuando el otro está activado. Muchas de estas unidades incorporan también un enclavamiento eléctrico que realiza la misma función. El control remoto o a distancia de un arrancador inversor electromagnético sólo requiere que el botón pulsador excite la bobina del contactor correspondiente al sentido de giro deseado del motor. El pulsador de parada debe estar conectado de modo que desexcite cualquiera de los contactores que esté actuando en ese instante. El conexionado del circuito se dispone de forma que para pasar del sentido de avance (o giro directo) al retroceso (o giro inverso) sea necesario accionar previamente el pulsador de 23 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. paro. Esto permite que sea des- conectado de la línea el motor antes de ser invertida su marcha, evitando el frenado del motor por contracorriente. • Variación de la velocidad y el par. En muchas aplicaciones prácticas, hay necesidad de un primomotor a velocidad constante, en el cual la velocidad pueda ajustarse a diferentes valores (si sólo se necesita una velocidad, la mejor solución puede ser un motor síncrono con un tren de engranes). Se pueden conseguir sistemas adecuados usando un motor de inducción o un motor de c-c. Muchas aplicaciones requieren sólo un sistema de ciclo abierto, puesto que (por ejemplo) un motor de c-c en derivación típico tiene una regulación inherente de velocidad de 5% a 6%, y Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ésta se puede mejorar usando circuitos campo no es particularmente deseable regulación de velocidad más pequeña dinámicas retroalimentación (de circuito cerrado); El tipo de control de armadura, con esta circuito de campo independiente, es el de corrección se auxiliares. necesita sección sistemas un Para una sistema considera de sólo control de tales de debido a blemas. que más que a sus menudo comúnmente características causan se pro- usa en retroalimentación. primotores en aplicaciones de control Los tipos de motores convenientes de velocidad. Es aplicable a un amplio para las aplicaciones de control de rango de problemas, desde carga de servo-motores bifásicos; los motores cargas que requieren centenares de hp. excitación independiente y los motores efectivo desde el punto de vista de de a pérdidas internas; su comportamiento corriente de armadura constante. El es más lineal que el de los otros circuito básico para cada una de estas sistemas, y por tanto, más calculable o máquinas se muestra en la figura 1.20. predecible velocidad de ciclo cerrado son los de c-c, de armadura controlada con c-c, de campo controlado Es probablemente El control de velocidad de campo a corriente de armadura constante, se usa en aplicaciones en donde se requieren altas velocidades. para de campo se usa casi velocidades usaría para velocidades arriba de las nominales. (Muchas de estas aplicaciones son de circuito abierto.) El tipo de control de 66 sus características con corriente de armadura constante menores que la nominal; el circuito de control y El motor de d-c de control de campo y junto con el control de la armadura, el usaría más los otros sistemas. en dispositivos de velocidad ajustable se sistema 24 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- El control de campo se usa a menudo que el dinámicas son tan buenas como las de − De un motor de CD. ajustable, motores fraccionarios hasta aquellas Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas un amplificador con almacenamiento de energía no despreciable. el mismo circuito que el motor bifásico, pero en algunos casos la corriente de campo requerida es grande y se suministra por medio de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas El diagrama esquemático se da en la figura 251.21 con el diagrama de Máquinas(a), eléctricas y transformadores. I. L. bloque en la figura 1.21 (b). La función de transferencia del motor se puede idealizar a fin de despreciar la fricción mecánica. Fig. 1.21.Control de velocidad de un motor de C-C con control de campo a) Diagrama esquemático b) Diagrama de bloque. 26 68 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas (alta resistencia en el rotor) puesto que un motor de inducción convencional no cambia su apreciable velocidad cuando se de manera altera la magnitud del voltaje en uno de los campos. Con el motor de tipo servo, la regulación y el ajuste de la velocidad pueden ser muy satisfactorios en un amplio rango de velocidades. (Si se desean velocidades tanto positivas como negativas, el dispositivo de amplificación debe ser capaz de invertir su fase). Las aplicaciones del control de velocidad del generalmente está pequeños instrumental porque internas el en La filosofía velocidad del las motor básica con bifásico restringido dispositivos apreciables. − De26 un motor de CA. Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. motor del a tipo pérdidas pueden control ciclo ser de de retroalimentación es simplemente que El ajuste y la regulación de la velocidad la cantidad que va a controlarse (en aplicado a través del dispositivo de valor medido se compara con el de se obtiene controlando el voltaje amplificación (el que puede ser otra este caso la velocidad), se mide y el una. cantidad de referencia que máquina giratoria). Así el motor cuya expresa el valor deseado. Cualquier velocidad va a ser controlada debe diferencia entre los valores medidos y ajuste de la velocidad por medio del amplifica y se usa para cambiar la voltaje razón, velocidad en la dirección apropiada cuando se usa un motor de inducción para reducir el error. Esto se ilustra en tener características que permitan el aplicado. Por esta bifásico normalmente es el tipo servo deseados es un error, el que se la figura 1.22 (a) para un control de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas velocidad de un motor bifásico. Si se corriente de campo y, por lo tanto, el campo de control del motor y si se ver Fig. 1.23. desprecia la constante de tiempo del supone que la carga es puramente de inercia, entonces el diagrama flujo se mantienen durante el frenado de bloque del sistema se muestra en la figura 1.22 (b). La inserción del par de la carga se logra escribiendo la ecuación diferencial para el equilibrio dinámico en la flecha del motor. El par motor debe ser siempre igual al par resistente. • Frenado de motores. − De un motor de CD. Se puede frenar un motor de corriente continua de tres maneras: a) Frenado dinámico.- implica la transformación de la energía cinética del rotor y de la carga en calor, generado en una resistencia eléctrica conectada en paralelo con el circuito del inducido del motor. No se puede controlar el frenado dinámico, siendo usado normalmente para paradas de emergencia. En algunas aplicaciones más sencillas se puede usar para reducir la velocidad del motor más pequeño. La corriente del inducido disminuye con velocidad, durante 70 la disminución de el La frenado. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 27 Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 29 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- Fig. 1.23 Características del frenado dinámico. 28 b) Frenado regenerativo - significa que la energía cinética del rotor y de la carga se realimentan en la red de corriente conversor alterna de como inversor. a través corriente, de un trabajando El frenado regenerativo es controlable y suele emplearse cuando se necesita el frenado controlado. Para el frenado regenerativo se necesita un conversor de corriente con la posibilidad de 72 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas trabajar en operación de conversión contracorriente, los pulsadores de ade- muestra una simplificación de este contactos dobles, un contacto normal- inversa (inversor). La figura 1.24 método de frenado. lanto frenado continuo. deben poseer Fig. 1.25. Características del frenado significa un frenado hasta la parada del un retroceso mente abierto y otro cerrado. c) Frenado mecánico - en general motor, y En algunas aplicaciones, como tornos de minas, etc., el frenado mecánico se emplea también durante el funcionamiento. La figura 1.25 es un ejemplo este método. − De un motor de CA El frenado del motor por contracorriente consiste en la inversión repentina de rotación desconexión de la línea. Si se desea el sin frenado previa por Los 30contactos normalmente cerrados Manual de máquinas eléctricas. Thalerestán conectados de modo que al accionar cualquiera de los pulsadores de marcha, es accionado previamente el circuito de paro. Este tipo de frenado Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas debe ser utilizado con precaución ya que no todas las máquinas pueden soportar sin averiarse el gran esfuerzo a que son sometidas por la inversión repentina Igualmente de marcha puede del sufrir motor. daños el motor, así como también representar un peligro para el personal que trabaja con la máquina. Dicho trenado por contracorriente se emplea extensamente en la industria, en el accionamiento rectificadoras máquinas, proyectadas y de otras estando para prensas, muchas éstas ya soportar los esfuerzos violentos resultantes de este tipo de frenado. Investigación documental Competencia para la vida. Desarrollar el hábito documentarse decisiones para o de tomar resolver contingencias. a) De manera individual realiza una consulta de accesorios y equipos de control eléctricos en catálogos de diferentes fabricantes como Siemens, ABB, Allen Bradley, etc. b) Con al información obtenida, realiza un cuadro sinóptico de las características fundamentales de al menos tres accesorios y tres equipos de control eléctrico. c) Investiga las posibles aplicaciones de los dispositivos del inciso (b) y cómo pueden éstos resolver casos de control de motores. d) Realiza conclusiones de tu trabajo. e) Retroalimenta tus conclusiones y las de tus compañeros. 74 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas conductores del motor, por lo menos en los motores trifásicos como se ve en Realización del ejercicio. la figura 1.26. Estos elementos térmicos, al calentarse debido a la intensidad, actúan sobre contactos que Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.3 “Frenado con CD de un motor trifásico (freno dinámico)” ubicada en la pág. abren el circuito de la bobina excitadora de un contactor todos los dos electromagnético. utilizan en Cuando arrancadores se o controladores manuales, los elementos térmicos disparan un dispositivo mecánico que abre los contactos del interruptor de línea. Este tipo de dispositivos contra sobrecargas es sensible al porcentaje 1.2.3. PROTECCIÓN DE MOTORES. La sobrecarga de un motor puede ser de origen mecánico o eléctrico; por consiguiente, la protección contra la sobrecarga debe satisfacer a ambas. La corriente que absorbe de la línea un es proporcional sobrecarga tardará algún tiempo en disparar • Contra sobrecarga. motor de sobrecarga; por tanto, una pequeña a la carga aplicada al motor, así pues, si esta corriente se emplea para activar el dispositivo de protección contra la sobrecarga en grande el abrirá circuito. una casi Sin proporciona protección en caso de cortocircuito. Es muy posible que en condiciones de cortocircuito el relé se mantenga atraído durante suficiente tiempo para que el motor y el equipo su gran un daño considerable. La protección contra las sobrecargas obtiene mientras embargo el relé contra sobrecargas no estarán protegidos. se relé instantáneamente sobrecarga la máquina y el motor generalmente el los controladores conectando elementos térmicos y metálicos en serie con dos Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas motores de gran potencia se dispone un relé de tensión para cada fase, y sus contactos se conectan en serie con la bobina de retención del contactor del arrancador, El fallo de una fase hará que se desconecte el inmediatamente. arrancador El uso de tres unidades de relé de sobrecarga en el arrancador proporciona una protección contra el fallo de fase generalmente que se adecuada considera para la mayoría de las instalaciones de hasta 100 CV. • Contra fase abierta. Cuando en un motor trifásico se interrumpe la corriente en una fase, se • Contra sobre-velocidad. dice que éste queda en funcionamiento En ciertos motores es posible que se unidades contra pueden dañar una máquina impulsada, sobrecarga dispararán el arrancador y materiales en el proceso industrial, o el embargo, velocidad monofásico. Ordinariamente de protección las desconectarán de la línea al motor. Sin puede suceder que la desarrollen velocidades excesivas que motor. La protección contra sobrepuede comprender la intensidad debida a la carga que en ese selección y uso adecuado del equipo de momento tenga que soportar el motor control en aplicaciones tales como protecciones de productos de acero, plantas de no sea la suficiente partí actuar las de sobrecarga. Esto ocurra generalmente con el 65 % de plantas de papel e impresión, fábricas proceso industria textil. carga en la mayoría de motores de jaula. En motores pequeños el riesgo se considera generalmente demasiado pequeño para que esté justificado el 31 Manual de máquinas eléctricas. Thalercoste de la protección adicional. Para 76 • Contra campo abierto Los motores de excitación mixta y derivación de cd puede ser protegidos contra la pérdida de excitación de Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas campo mediante relés de pérdidas y protección cd pueden acelerarse peligrosamente equipo para cargar baterías. campo. Algunos tipos de motores de con la pérdida de excitación de campo. contra inversión de corriente es muy importante en el Otros motores pueden no acelerarse debido a la fricción o a una carga pesada. Existen relevadores de pérdida de campo para proteger los motores de c−c en derivación, o de embobinado compuesto, contra pérdidas de excitación del campo. Hay diferentes arreglos con el equipo de arranque para motores de c−c y sincrónicos de c−a. Algunos motores de c−c de ciertos tamaños pueden girar peligrosamente, con pérdida de la excitación del campo, mientras otros no pueden hacerlo debido a la fricción y al tamaño pequeño. • Contra inversión de corriente La inversión accidental de la dirección de la corriente en los controladores complejos y sensibles para corriente continua, Riesgos puede similares ser muy pueden grave. ser muy frecuentes en los controles de equipo de c−c, que existen con las fallas de Ejercicio. Sin consultar en el manual, define los siguientes conceptos y anótalos en las líneas de abajo. 1. 2. 3. 4. 5. Inversión de giro. Freno dinámico Protección de motores Sobre-carga Sobre-velocidad fase e inversión de fase en los sistemas trifásicos de corriente alterna, pero dentro de los propios controladores. La Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas PRÁCTICAS Y LISTAS DE COTEJO Unidad de 1 aprendizaje: Práctica número: 1 Nombre de la Identificación de motores según las práctica: características eléctricas en manuales Propósito de la Al finalizar la práctica el alumno identificará las diferencias entre diferentes de fabricantes. práctica: tipos de motores eléctricos según su estructura y características eléctricas Escenario: Laboratorio. Duración: 4 hrs. en manuales de fabricantes. Materiales 78 Maquinaria y equipo Electricidad Industrial Herramientas P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Manuales de motores de • Motor de cd • Desarmador plano distintos fabricantes • Motor síncrono • Desarmador de cruz distintos fabricantes • Motor trifásico de jaula de • Diagramas de motores de • Motor de inducción ardilla • • • • • Electricidad y Electrónica Pinzas de electricista Pinzas de presión Pinzas de punta Llaves allen Extractor P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la 9 práctica. EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su 9 correcta ejecución. Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: 9 • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. 1. Identificar los motores y circuitos eléctricos a utilizar 2. Tener listos los manuales y diagramas de diversos motores 80 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Procedimiento Desarrollo de la práctica: 1. Identifica los motores, manuales y herramientas a emplear. 2. Identifica las características eléctricas tales como, corriente nominal, voltaje nominal, par, velocidad de los diferentes motores proporcionados por el PSP y consultando estas en manuales de fabricantes. 3. Identifica la estructura externa de un motor: 1. De corriente directa 2. De Inducción 3. De jaula de ardilla 4. Identifica la estructura interna de un motor: 1. De corriente directa 2. De Inducción 3. De jaula de ardilla Haciendo todo lo necesario para desarmar por completo los motores. 5. Elabora esquemas de todos y cada uno de los estatores de los motores desarmados. 6. Enlista, de acuerdo a los esquemas realizados, las diferencias entre cada estator y según el tipo de motor. 7. Elabora esquemas de todos y cada uno de los rotores de los motores desarmados. 8. Enlista, de acuerdo a los esquemas realizados, las diferencias entre cada rotor y según el tipo de motor. 9. Enlista los componentes que son comunes sin importar el tipo de motor. 10. Explica a qué se debe el nombre de todos y cada uno de los motores empleados. 11. Discute con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 12. Anota las conclusiones que considere más relevantes. 13. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo. 14. Elabora algunos comentarios sobre la estructura de motores eléctricos. 15. Arma los motores con ayuda del PSP. 16. Guarda las herramientas y motores utilizados. 17. Guarda los manuales de fabricante utilizados 18. Limpia tu área de trabajo 13. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica incluyendo los P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lista de cotejo de la práctica número 1: Identificación de motores según las características eléctricas en manuales de fabricantes Nombre del alumno: A continuación se presentan los criterios que van a ser Instrucciones: verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Identificó los motores, manuales y herramientas a emplear 2. Identificó las características eléctricas tales como, corriente nominal, voltaje nominal, par, velocidad de los diferentes motores proporcionados por el PSP y consultando estas en manuales de fabricantes 3. Identificó la estructura externa de un motor: De corriente directa, De Inducción, De jaula de ardilla. 4. Identificó la estructura interna de un motor: De corriente directa, De Inducción, De jaula de ardilla, haciendo todo lo necesario para desarmar por completo los motores. 5. Elaboró esquemas de todos y cada uno de los estatores de los motores desarmados. 6. Enlistó, de acuerdo a los esquemas realizados, las diferencias entre cada estator y según el tipo de motor 7. Elaboró esquemas de todos y cada uno de los rotores de los motores desarmados 82 Electricidad Industrial Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 8. Enlistó, de acuerdo a los esquemas realizados, las diferencias entre cada rotor y según el tipo de motor 9. Enlistó los componentes que son comunes sin importar el tipo de motor. 10. Explicó a qué se debe el nombre de todos y cada uno de los motores empleados 11. Discutió con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 12. Anotó las conclusiones que consideró más relevantes 13. Presentó sus conclusiones y las discutió en grupo 14. Elaboró algunos comentarios sobre la estructura de motores eléctricos 15. Armó los motores con ayuda del PSP 16. Guardó las herramientas y motores utilizados. 17. Guardó los manuales de fabricante utilizados 18. Limpió tu área de trabajo 19. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Observaciones: PSA: Hora de Hora de inicio: término: Electricidad y Electrónica Evaluación: P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Unidad de 1 aprendizaje: Práctica número: 2 Nombre de la Arranque retrasado de un motor de práctica: inducción trifásico. Propósito de la Al finalizar la práctica el alumno manejará arrancadores magnéticos práctica: 84 trifásicos temporizados. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Escenario: Laboratorio. Duración: 4 hrs. Materiales • • • Maquinaria y equipo Botón pulsador rojo • Contactor • Botón pulsador negro Multímetro digital en CA, rango de 10A. Fuente de CA 3∅ electromagnético • • • • • • • Interruptor de • • • Transformador de control Lámpara piloto roja Lámpara piloto verde Zumbador Contacto NO (TDC) Contacto NA (TDO) Motor de inducción jaula de ardilla ¼ HP • • • desconexión 3∅ • Herramientas Generador de CD Electricidad y Electrónica Pinzas de punta Pinzas de corte Pinzas pelacable Desarmador plano Desarmador de cruz P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. Precaución. ¡En este experimento de laboratorio se utilizan altos voltajes! ¡No haya conexiones con la fuente de energía encendida! ¡ Asegúrese de colectar la terminal de tierra de la fuente de energía con todos y cada uno de los componentes! 86 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollo de la práctica: 1. Indica si el circuito de la figura 1 es un circuito arrancador magnético a través de la línea. 2. Indica cuál bobina de operación recibirá la energía cuando se oprime el botón de arranque. 3. Señala en qué momento se cerrarán los contactos M. 4. Indica si sonará el zumbador cuando se cierren los contactos M. 5. Indica si la lámpara piloto de color rojo se encenderá cuando arranque el motor. 6. Arma el circuito de la figura 1 poniendo atención en las terminales del motor de jaula de ardilla. 7. Ajusta el temporizador en 10 segundos. 8. Cierra el interruptor de desconexión y enciende la fuente. 9. Oprime el botón de arranque y observa el funcionamiento del motor. 10. Oprime el botón de parada. 11. Repite los puntos 8 y 9 al menos tres veces. 12. Anota tus observaciones e indica si el circuito se comporta como habías analizado. 13. Apaga la fuente y abre el interruptor de desconexión. Tiempo de Aceleración del motor. 14. Desconecta el zumbador del circuito 15. Inserta un amperímetro ajustado en el rango de 2.5A en serie con una de las terminales de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas entrada al relevador de sobrecarga. 16. Ajusta el retraso de tiempo a 0. 17. Cierra el interruptor de desconexión y enciende la fuente 18. Utiliza un reloj para observar el tiempo de aceleración, oprime el botón de arranque mientras observas el medidor de corriente. 19. Anota el tiempo de aceleración del motor 20. Oprime el botón de parada y del tiempo de desaceleración 21. Repite los pasos 18 a 20 y llena la siguiente tabla. Prueba t(aceleración) t(desaceleración) (s) (s) 1 2 3 22. Apaga la fuente y abre el interruptor de desconexión 23. Limpia el área de trabajo. 24. Elabora un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. 88 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lista de cotejo de la práctica Arranque retrasado de un motor de inducción número 2: trifásico Nombre del alumno: A continuación se presentan los criterios que van a ser Instrucciones: verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Indicó si el circuito de la figura 1 es un circuito arrancador magnético a través de la línea. 2. Indicó cuál bobina de operación recibirá la energía cuando se oprime el botón de arranque. 3. Señaló en qué momento se cerrarán los contactos M. 4. Indicó si sonará el zumbador cuando se cierren los contactos M. 5. indicó si la lámpara piloto de color rojo se encenderá cuando arranque el motor. 6. Armó el circuito de la figura 1 poniendo atención en las terminales del motor de jaula de ardilla. 7. Ajustó el temporizador en 10 segundos. 8. Cerró el interruptor de desconexión y encendió la fuente. 9. Oprimió el botón de arranque y observa el funcionamiento del motor. 10. Oprimió el botón de parada. Electricidad y Electrónica Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 11. Repitió los puntos 8 y 9 al menos tres veces. 12. Anotó sus observaciones e indicó si el circuito se comporta como había analizado. 13. Apagó la fuente y abrió el interruptor de desconexión. 14. Desconectó el zumbador del circuito 15. Insertó un amperímetro ajustado en el rango de 2.5A en serie con una de las terminales de entrada al relevador de sobrecarga. 16. Ajustó el retraso de tiempo a 0. 17. Cerró el interruptor de desconexión y encendió la fuente 18. Utilizó un reloj para observar el tiempo de aceleración, oprimió el botón de arranque mientras observaba el medidor de corriente. 19. Anotó el tiempo de aceleración del motor 20. Oprimió el botón de parada y anotó del tiempo de desaceleración 21. Repitió los pasos 18 a 20 y llenó la tabla. correspondiente 22. Apagó la fuente y abrió el interruptor de desconexión 23. Limpió el área de trabajo. 24. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Observaciones: PSA: 90 Hora de Hora de inicio: término: Electricidad Industrial Evaluación: P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Unidad de 1 aprendizaje: Práctica número: 3 Nombre de la Frenado con CD de un motor trifásico práctica: (freno dinámico). Propósito de la Al finalizar la práctica el alumno observará el comportamiento de un motor práctica: trifásico debido a la acción de frenado utilizando diversas resistencias limitado horas de CD. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Escenario: Laboratorio. Duración: 6 hrs. Materiales Maquinaria y equipo Herramientas • • • • 2 botón rojo Botón negro • • Vólmetro digital Fuente de CA 208V, 3∅. 2 contactor • • • • Relevador de retraso Relevador de sobrecarga Ruptor de circuitos Resistencia de alambre de 10 Ohms • Resistencia de alambre de 100 Ohms • Lámpara piloto roja • Transformador de control • Volante de inercia • • • Contactores NA Contactores NO Motor de inducción jaula de ardilla ¼ HP • Banda de sincronización Procedimiento 92 • • electromagnético • • Electricidad Industrial Pinzas de punta Pinzas de corte Pinzas pelacable Desarmador plano Desarmador de cruz P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. Precaución. ¡En este experimento de laboratorio se utilizan altos voltajes! ¡No haya conexiones con la fuente de energía encendida! ¡ Asegúrese de colectar la terminal de tierra de la fuente de energía con todos y cada uno de los componentes! Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollo de la práctica: En la figura 1 el generador o excitado de cd y el voltaje de inercia sirven como carga de alta inercia para el motor de jaula de ardilla. La resistencia limitadora de corriente directa desde 33. 3 ohms (tres resistencias de 100Ohms en paralelo). 1. Explica el propósito de los dos contactos M normalmente cerrados en el circuito de cd. 2. Explica el propósito de los dos contactos DB normalmente abiertos en el circuito de cd. 3. Explica el propósito del contacto DB normalmente cerrado en el circuito de control 4. Indica el propósito del contacto M normalmente abierto en el circuito de control. 5. Explica la función del contacto DB normalmente abierto en el circuito de control 6. Indica la función del contacto TDO normalmente cerrado en el circuito de control 7. Arma el circuito de la figura uno (observa que la excitación de cd proviene de la fuente de energía de 120Vcd). 8. Acopla el generador de cd excitado al motor de jaula de ardilla con la banda de sincronización. 9. Monta el volante de inercia en la flecha del motor de jaula de ardilla. 94 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 10. Conecta las terminales del motor de jaula de ardilla 11. Ajusta el retraso para 10 segundos 12. Cierra interruptor y encienda la fuente 13. Oprime el botón de arranque (el motor debe arrancar y adquirir velocidad como lo indica el boleto conectado a través del generador de cd.. 14. Oprime el botón de parada 15. Repite los puntos 8 y 9 al menos tres veces 16. Mide y anota el tiempo que necesita el motor para pararse sin frenado dinámico. 17. Oprime el botón de arranque y permite que el motor adquiera su velocidad total 18. Oprime el botón de frenado y describe lo que sucede 19. Repite los puntos 17 y 18 al menos tres veces 20. Mide el tiempo que requiere el motor para pararse con frenado dinámico. 21. Compara los tiempos de parada con y sin frenado dinámico de cd 22. Apaga la fuente y abre el interruptor 23. Quita del circuito las tres resistencias de 100 Ohms 24. Cambia el valor de la resistencia de frenado a 30 Ohms (tres resistencias de 10 Ohms en serie) 25. Cierra interruptor y enciende la fuente 26. Arranca el motor y espera a que alcance velocidad 27. Oprime el botón de frenado y mide el tiempo que necesita para pararse cuando usa una resistencia de frenado de 30 Ohms 28. Apaga la fuente y abre el interruptor 29. Cambia el valor de resistencia de frenado a 20 Ohms (dos resistencias de 10 ohms en serie) 30. Cierra el interruptor y enciende la fuente 31. Arranca el motor y espera a que alcance velocidad 32. Oprime el botón de frenado y mide el tiempo que necesita para pararse cuando utiliza una resistencia de frenado de 20 Ohms. 33. Apaga la fuente y abre el interruptor 34. Indica si el tiempo de frenado depende de la magnitud de la corriente directa 35. Indica si es importante considerar la especificación de disipación de potencia de las resistencias de frenado 36. Guarda los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 37. Limpia el área de trabajo. 38. Elabora un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lista de cotejo de la práctica Frenado con CD de un motor trifásico (freno dinámico). número 3: Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Explicó el propósito de los dos contactos M normalmente cerrados en el circuito de cd. 2. Explicó el propósito de los dos contactos DB normalmente abiertos en el circuito de cd. 3. Explicó el propósito del contacto DB normalmente cerrado en el circuito de control 4. Indicó el propósito del contacto M normalmente abierto en el circuito de control. 5. Explicó la función del contacto DB normalmente abierto en el circuito de control 6. Indicó la función del contacto TDO normalmente cerrado en el circuito de control 7. Armó el circuito de la figura uno (observó que la excitación de CD proviene de la fuente de energía de 120Vcd). 8. Acopló el generador de cd excitado al motor de jaula de ardilla con la banda de sincronización. 96 Electricidad Industrial Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 9. Montó el volante de inercia en la flecha del motor de jaula de ardilla. 10. Conectó las terminales del motor de jaula de ardilla 11. Ajustó el retraso para 10 segundos 12. Cerró interruptor y encienda la fuente 13. Oprimió el botón de arranque (el motor debe arrancar y adquirir velocidad como lo indica el boleto conectado a través del generador de cd.. 14. Oprimió el botón de parada 15. Repitió los puntos 8 y 9 al menos tres veces 16. Midió y anotó el tiempo que necesita el motor para pararse sin frenado dinámico. 17. Oprimió el botón de arranque y permitió que el motor adquiriera su velocidad total 18. Oprimió el botón de frenado y describió lo que sucedió 19. Repitió los puntos 17 y 18 al menos tres veces 20. Midió el tiempo que requiere el motor para pararse con frenado dinámico. 21. Comparó los tiempos de parada con y sin frenado dinámico de cd 22. Apagó la fuente y abrió el interruptor 23. Quitó del circuito las tres resistencias de 100 Ohms 24. Cambió el valor de la resistencia de frenado a 30 Ohms (tres resistencias de 10 Ohms en serie) 25. Cerró el interruptor y encendió la fuente 26. Arrancó el motor y esperó a que alcanzara velocidad 27. Oprimió el botón de frenado y midió el tiempo que necesita para pararse cuando usa una resistencia de frenado de 30 Ohms 28. Apagó la fuente y abre el interruptor 29. Cambió el valor de resistencia de frenado a 20 Ohms (dos resistencias de 10 ohms en serie) 30. Cerró el interruptor y encendió la fuente 31. Arrancó el motor y esperó a que alcanzara velocidad 32. Oprimió el botón de frenado y midió el tiempo que necesita para pararse cuando utiliza una resistencia de frenado de 20 Ohms. 33. Apagó la fuente y abrió el interruptor 34. Indicó si el tiempo de frenado depende de la magnitud de la corriente directa 35. Indicó si es importante considerar la especificación de disipación de potencia de las resistencias de frenado 36. Guardó los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 37. Limpió el área de trabajo. 38. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Observaciones: PSA: Hora de Hora de inicio: Evaluación: término: RESUMEN En este Capítulo 1 hemos sentado las tiempo, es decir, directa. Estos motores bases teóricas sobre el funcionamiento pueden ser en derivación, excitación según el tipo de corriente que los Los de corriente alterna (corriente que directa, corriente alterna polifásica o clasificar en polifásicos, monofásicos, síncronos. etc. Siendo el más representativo de El primer tipo de motores, se alimenta este tipo de motores el llamado “jaula de los motores eléctricos que a saber y alimenta pueden ser: de corriente por corriente que no varía con el 98 compuesta, etc. varía con el tiempo) se pueden de ardilla”. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Por último, los motores denominados PARO y ARRANQUE tanto de un motor con corriente alterna y cuya tipos. El control de motores se hace según la frecuencia del voltaje de requiere una elevada corriente en el alimentación en cada uno de ellos. arranque y esta corriente a veces no motores según la fuerza que una caída de voltaje considerable en desarrollan en la flecha denominada o los demás dispositivos presentes en los conocida como par del motor. sistemas de producción, y en hace de los motores es debido a su dañar la carga haciéndose necesario un motor de velocidad regulable y el controlado de alguna forma. motor de velocidad constante. Los dos tipos de arranque para Una vez que hemos estudiado el tipo motores de ca ampliamente usados de motores y clasificado según sus son: arranque a tensión plena y parámetros nos hemos centrado en la arranque a tensión reducida. Cuando la estructura y composición de cada uno carga es pesada y por lo tanto requiere principales tales como, el rotor, ser necesario el arranque a tensión estator, devanados, polos, etc. Tanto reducida. los de corriente directa como los Hay varios factores que deben ser directa, etc. motor. En algunas máquinas todo lo determinan el tipo de motor de que se abra el circuito del motor y dejar que está hablando pueden ser manipulados éste siga girando por inercia hasta que configuraciones denominados de máquinas permiten que el motor quede síncronos debido a que se alimentan característica es que giran o rotan Puede hacerse otra clasificación de los La última y gran clasificación que se velocidad dentro de los que destacan el de ellos destacando las partes síncronos, jaula de ardilla, de corriente Ahora, todos los parámetros que mediante distintos dispositivos y control. Los controles que hemos estudiado en primer lugar son los denominados de de cd como uno de ca en sus distintos necesarios porque la mayoría de ellos puede ser suministrada o bien genera ocasiones, el par que se produce puede arranque lento el cual, debe ser gran esfuerzo su aceleración, puede tenidos en cuenta en la parada de un que se necesita es que se interrumpa o se pare. Sin embargo, no todas las sometido únicamente a su inercia. Cuando se emplean motores de c.a., el efecto de arrastre del motor por la Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas carga es disminuido con un frenado alimentación logrando así la variación alcanzada una velocidad -pequeña, se Respecto al frenado de motores hemos Otro de los parámetros que pueden regenerativo significa que la energía manipularse y que hemos visto a través cinética del rotor y de la carga se cambio de rotación de un motor tanto alterna a través de un conversor de en cd como en ca. Se puede obtener la corriente, trabajando como inversor;, inversión del sentido de rotación de un frenado dinámico que implica la la inversión de la corriente del inducido del rotor y de la carga en calor, La inversión de giro en un motor de conectada en paralelo con el circuito corriente alterna se logra conectando el del inducido del motor. y el frenado motor a la línea en una sucesión mecánico en general significa un determinada de fases para que el frenado hasta la parada del motor, un motor gire en uno u otro sentido. frenado continuo. EL control de velocidad de un motor es Para frenar un motor de ca hemos que pueden aprovecharse par distinta contracorriente consiste en la inversión dinámico y a continuación, una vez hace actuar el freno mecánico. del manual, es la inversión de giro o motor de corriente continua a través de o a través de la corriente de campo. otro de los parámetros manipulables requerida. estudiado tres tipos, a saber: frenado realimentan en la red de corriente transformación de la energía cinética generado en una resistencia eléctrica estudiado el frenado por aplicaciones. El control de campo se repentina de rotación sin previa usa a menudo en dispositivos de desconexión de la línea. de la armadura, el que se usaría para estudiado los diferentes dispositivo de circuito de control de campo se usaría las protecciones contra sobrecarga, para velocidades arriba de las fase abierta, sobre-velocidad, contra directa). En el siguiente capítulo, trataremos Por ejemplo para variar la velocidad de sobre las formas de conexión de los un motor síncrono será suficiente diferentes tipos de dispositivos de velocidad ajustable junto con el control velocidades menores que la nominal; el nominales (en motores de corriente variar la frecuencia del voltaje de 100 Para concluir este capítulo hemos protección para motores destacando campo abierto e inversión de corriente. control electromagnéticos comenzando Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas por la estructura de los mismos y que algunos de ellos con ejemplos de bloques posteriormente, se describirá Otro tema importante que física de diversos controladores es la descripción de los diagramas de electromagnéticos como relevadores, escalera y su interpretación, cableado existentes en el mercado. Se hace tableros de control así como, una serie mención también, de diferentes de pruebas necesarias para la puesta elementos auxiliares como luces de en marcha de sistemas de control que interruptores de pedal y se ilustran motores en la industria. te presentaremos en diagrama de mediante diagramas, la estructura contactores, etc. Y los diferentes tipos señalización, botones pulsadores, catálogos SIEMENS y otros fabricantes. abordaremos en el siguiente capítulo, de un centro de control de motores y impliquen la conexión de varios AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 1 1. ¿Qué es un motor eléctrico? 2. ¿Cómo se produce el campo magnético en los motores comerciales? 3. Menciona tres características del motor de inducción. 4. Describe el funcionamiento de un motor de inducción 5. El motor asíncrono más utilizado es el conocido como: 6. Los motores síncronos deben su nombre a que: 7. Según el tipo de corriente los motores se clasifican en: 8. El par se define como: 9. Menciona las clasificaciones de los motores según su velocidad. 10. Al rotor de una máquina de cd se le conoce como: 12. La velocidad de una máquina síncrona tiene que ver, aparte de la frecuencia 13. ¿En qué consiste el arranque a tensión plena de un motor? 14. ¿Qué desventaja principal presenta el arranque a tensión plena? 15. ¿En qué consiste el arranque a tensión reducida de un motor? 17. ¿Cómo se logra la inversión de giro de un motor de ca? 11. Las partes básicas y que son comunes a los motores de cd como de ca son: de la linea, con: 16. Describe el procedimiento más común para parar un motor. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 18. 19. 102 ¿Cómo se varía la velocidad de un motor síncrono? Menciona los tipos de protección de motores más comunes. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE CIRCUITOS DE CONTROL ELECTROMAGNÉTICOS 2 Al finalizar el capítulo, el alumno instalará y operará circuitos de control electromagnéticos dentro de los sistemas electromecánicos con base en las especificaciones del proyecto para asegurar una operación fiable y segura del equipo. Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD 1. Reconoci- Módulo 108 Hrs DE APRENDIZAJE 2. Instalación y 3. Instalación y miento de la Operación de Operación de Función de Circuitos de Circuitos de los Controles Control Control con hrs. 2.1. los componentes que se utilizanPLC´s en los enIdentificar las Electromagné ticos circuitos de control electromagnético. Máquinas 2.2. Realizar el montaje de los componentes de un Eléctricas Electrónica circuito Electricidad de controly electromagnético de acuerdo a 40 Hrs 40 Hrs 18 Hrs diagramas y especificaciones de instalación. hrs. P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Unidades de Aprendizaje SUMARIO ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ MODELO ESTRUCTURAL DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL ELECTROMAGNÉTICOS. DISPOSITIVOS DE CONTROL. EL DIAGRAMA DE ESCALERA. UBICACIÓN Y MONTAJE DE COMPONENTES. CABLEADO. OPERACIÓN DEL SISTEMA. RESULTADO DE APRENDIZAJE 2.1. Identificar los componentes que se utilizan en los circuitos de control electromagnético. 104 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas el operador del sistema. Por ejemplo mencionaremos las estaciones de botones, interruptores selectores, botones permanentes, botones intermitentes, etc. 2.1.1. MODELO ESTRUCTURAL DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL ELECTROMAGNÉTICOS • Modelo de entradas salidas. Un circuito de control electromagnético puede representarse de diferentes maneras. Las representaciones mas comunes incluyen diagramas de escalera y diagramas de alambrado. Una de las representaciones que pueden usarse es el denominado Diagrama de Bloques, en donde cada etapa está simplificada, ya que, se representa únicamente mediante un rectángulo que indica la función principal de dicha etapa. Un circuito de control electromagnético puede ser representado según se muestra en la figura 2.1. A continuación describiremos en detalle todos y cada uno de los bloques que componen el diagrama de bloques anterior. − Bloque de entrada. Este bloque se compone de todas aquellas variables de control que entran al sistema, en esta etapa se incluyen también las líneas de alimentación del circuito, es decir, supongamos que se tiene un motor trifásico, entonces, las líneas de alimentación trifásicas forman parte del bloque de entrada. − Bloque de tratamiento o control. Esta etapa esta compuesta por todos aquellos circuitos auxiliares de mando o control y que no necesariamente se encargan del accionamiento directo de los motores de potencia, por ejemplo, se encuentran aquellos contactos normalmente cerrados o normalmente abiertos, contactos de sobrecarga, protecciones de sobrevelocidad, y en general todos aquellos dispositivos que se encargan de proteger el circuito. − Bloque de salida. Generalmente, todos lo contactores o relevadores de potencia son accionados a través de un relevador o bobina que cierra los contactos de manera momentánea, a estas variables que controlan el accionamiento de las bobinas y a las bobinas o contactores mismos se les denomina el bloque de salida. − Bloque de comunicación hombre máquina. En esta etapa se encuentran todos aquellos componentes que sirven de interfase entre el circuito de control y Electricidad y Electrónica Fig. 2.1. Diagrama de bloques que ilust funcionamiento de de un circuito de co P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La figura 2.2 muestra los bloques en un sistema de control para un arrancador de motor. − Accionamiento de potencia. Esta es la parte actuadora del sistema de control es decir, se compone de todos aquellos contactores y relevadores de potencia que se encargan de cerrar de manera directa la línea o líneas de alimentación con el motor o carga del sistema. Estos relevadores, contactores o interruptores de potencia tienen la capacidad de operar en intensidades nominales de corriente de hasta 6000 A. En la figura 2.3 mostramos un interruptor de potencia con una corriente nominal de 800A. • Tipos de mandos. Según el tipo de señales que intervienen en un proceso de control éstos pueden dividirse en diferentes grupos, a saber: analógico, digital y binario. Estos tipos de mando se explican a continuación. − Analógico. Este tipo de mandos, trabajan con señales de tipo continuo, con un margen de variación determinado. Dichas señales 106 suelen representar magnitudes físicas del proceso, mediante una tensión o corriente proporcionales a su valor. Estos tipos de mando se componen de elementos eléctricos o electrónicos del tipo analógico tales como, relevadores, contactores, etc. − Digital. Los sistemas de control digital se caracterizan por que las variables que intervienen no son continuas en el tiempo es decir, existe un número determinado y definido de valores que pueden adoptar las variables. Este tipo de controladores o mandos utilizan generalmente dispositivos digitales MSI, VLSI, etc. Tales como contadores, multiplexores, registros de corrimiento, etc. − Binario (on off) Este es un tipo de controlador digital ya que no utiliza señales continuas en el tiempo ya que las variables se definen sólo con dos valores es decir, estos controladores trabajan con señales todo o nada llamadas también señales binarias. Estos niveles o estados se suelen representar por variables lógicas o bits cuyo valor puede ser sólo 0 ó 1, empleando la notación binaria de la lógica de Boole. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Estos controles operan sólo con variables de un solo bit y se denominan a veces lógicos. 1 Control de Motores Eléctricos Enriquez Electricidad y Electrónica Fig. 2.3. Interruptor de potencia SACE-METRON para int P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Ejercicio. Enlista a continuación las partes que componen un circuito de control electromagnético. Realización del ejercicio 2 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de Competencia analítica Analizar y sintetizar el funcionamiento de los controles electromagnéticos. a) Con base en diagramas de controles electromagnéticos (al menos tres), analiza el funcionamiento de cada uno de 108 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ellos en forma general. seleccionaste b) Una vez que has determinado el funcionamiento general, realiza un resumen describiendo todas para los controladores. c) Con los datos de las pruebas llena y cada una de las partes que los la señalando conforman, señala dentro del siguiente con una tabla cruz cumple o no con el estándar. si resumen, el por qué de cada una de las piezas componentes y lo que sucedería si se omite alguna de ellas dentro del controlador. c) Elabora conclusiones el respecto. Controlador 1 d) Comenta tus conclusiones ante el grupo para que retroalimente tu información. Controlador 2 Evaluar el cumplimiento controles. los manuales SI NO Tipo de prueba Cumple SI NO de estándares de los fabricantes de a) Consulta prueba Cumple se Realización del ejercicio Competencia de calidad. Tipo de Controlador Tipo de Cumple 3 prueba SI NO del fabricante para diferentes tipos de controladores (al menos tres) localizando en ellos las normas o estándares que deben cumplir. b) Realiza al menos tres pruebas (puedes incluir una visual) que 2.1.2. cumplen • Dispositivos hombre-máquina. te ayuden a determinar si se los estándares que Electricidad y Electrónica DISPOSITIVOS CONTROL. DE P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas − Interruptores selectores. Es un dispositivo que puede suministrar varias disposiciones de contacto mediante la rotación de un solo interruptor. Algunos ejemplos comerciales se muestran en la figura 2.4. El interruptor (a) muestra un selector Siemens de dos posiciones mientras que el interruptor (b) es un selector de tres posiciones, a su vez, este tipo de selectores son de contacto permanente. o Números de maniobras 10 5 3 2.5 1 Millones de maniobras o Vida útil mecánica: aprox. 10 millones de maniobras o Temperatura ambiente máx. admisible: de -20°C hasta +55°C o Sección de conexión (conductor) AWG No. 14 3 Control, instalación y Automatización. SIEMENS. Catálogo (b) (a) Fig. 2.4. Interruptores selectores; a) dos posiciones; b) tres posiciones. 3 Los datos técnicos se muestran a continuación: o Tensión nominal de aislamiento Ui: corriente alterna corriente continua 500 V 600V o Corriente permanente lth2 10 A o Vida útil de los contactos 110 Los pulsadores se emplean para la maniobra de contactores y com- binaciones de ellos, para abrir o cerrar o Corriente de desconexión con c.a.: − Botones pulsadores. circuitos auxiliares, para la señalización, para el mando de relés, etc. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas En la figura 2.5 se muestra esquemáticamente la estructura de un pulsador; consta esencialmente de dos elementos principales: 1. 2. Botón pulsador Cámara de contactos de mando, montaje, ambiente, etc., que se presentan para cada case particular. Intentaremos una clasificación de los diversos tipos de pulsadores, teniendo en cuenta los siguientes criterios: a) por las condiciones mecánicas de b) por las condiciones eléctricas de mando mando ; c) por las condiciones de montaje d) por las condiciones ambientales Fig. 2.5. Constitución de un pulsador. 1. Botón pulsador o cabeza de pulsador; 2. Cámara de contactos; 3. Contacto de Al accionar el botón pulsador, éste de Motores de Eléctricos. Wildi- de actúa sobre4 Control el vástago la cámara de contactos, que es mecánicamente solidario con contactos de apertura (3) o de cierre (4) situados en el interior de (a) dicha cámara, realizándose de esta forma las operaciones de mando previstas. Los pulsadores pueden ser: a) de contactos mantenidos o permanentes b) de contactos por impulsos Las disposiciones pulsadores, constructivas existentes en las (b) Fig. 2.6. Diferentes tipos de pulsadores permanen − Botones sostenidos. 5 Control, instalación y Automatización. SIEMENS. Catálogo En los pulsadores de contactos sostenidos o permanentes al dejar de accionar sobre el botón pulsador, el contacto correspondiente permanece de ins- talaciones industriales, son numerosas y adaptadas a las diversas condiciones en el estado a que ha sido llevado por la acción de dicho botón; es decir, actúa como un interruptor y la orden de mando es permanente. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Los pulsadores de contactos en máquinas y plantas industriales, en ños interruptores; los pulsadores de utilizar las manos. Se utilizan para órganos parada, así como en procesos de permanentes son, en realidad, peque- contactos por impulsos constituyen los de mando denominados pulsadores. propiamente Los botones pulsadores de contacto aquellos casos donde no es posible efectuar operaciones de arranque y producción. permanente no necesariamente tiene Dependiendo que ambientales y de las tareas mecánicas, ser un botón que se pueda las se pueden ser también del tipo manija tal robustos (a) y (b). ingeniería industrial, por ejemplo en y como se muestran en las figuras 2.6 diversas condiciones accionar mediante una presión. Los pulsadores de contacto permanente utilizan de versiones de interruptores de pedal. Las series de utilizando interruptores generalmente se vienen en la prensas, punzonadoras y dobladoras, así como en máquinas de deformación de chapa. Existen diferentes fabricantes dentro de los cuales mencionaremos la serie KF de Siemens que es una serie de interruptores de plástico; incluyen su uso en aparatos de laboratorio, en los aparatos electro-médicos, y en las máquinas textiles. Todos los interruptores de pedal, están también disponibles en versiones de pedales múltiples. La serie 232 viene montada con una protección contra accionamientos intencionados. La serie de interruptores de pedal KF − Interruptor de pedal. Los interruptores de pedal se montan 112 no está disponible con una gama de Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas contactos "reed" , microrruptores, o dispositivo • sensores Hall. En las figuras 2.7, 2.8 y 2.9 se muestran diferentes interruptores de pedal para uno, dos y cinco pedales respectivamente. conmutador frecuencia protecciones • Las características generales de de cualquier relé son: -El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. -Adaptación sencilla a la fuente de • Relevadores. El relé es un dispositivo mecánico capaz de comandar cargas pesadas a control. -Posibilidad de soportar sobrecargas, partir de una pequeña tensión aplicada tanto en el circuito de entrada como contenida en su interior genera un Las dos posiciones de trabajo en los interruptor mecánico. Ese interruptor caracterizan por: a su bobina. Básicamente la bobina campo magnético que acciona el es el encargado de manejar la potencia en el de salida. bornes de salida de un relé se - En estado abierto, alta impedancia. en sí, quedando al circuito electrónico - En estado cerrado, baja impedancia. así aislar mecánicamente la sección de Para los relés de estado sólido se la labor de "mover" la bobina. Permite potencia de la de control. Pero para accionar la bobina la corriente y pueden añadir: -Gran número de conmutaciones y tensión presente en un puerto paralelo larga vida útil. En general, se puede distinguir un relé cero, no es suficiente. los siguientes bloques: • -Conexión en el paso de tensión por desconexión intensidad por cero. -Ausencia Circuito de entrada, control o de en ruido el paso de mecánico de conmutación. excitación • Circuito de acoplamiento • Circuito de salida, carga o Fig. 2.7. Interruptor de un solo pedal maniobra, constituido por: circuito excitador • • • • • Electricidad y Electrónica • • 1 pedal Con o sin cubierta protectora Máx. 4 contactos por pedal Caja metálica Nivel de estabilidad elevado Amplia apertura del protector Pedal a baja altura. 6 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas -Escasa potencia de mando, 6, 7, 8 Control, instalación y Automatización. compatible con TTL y MOS.SIEMENS. Catálogo − De control. -Insensibilidad a las sacudidas y a los Los relevadores magnéticos se utilizan -Cerrado a las influencias exteriores circuitos de control para interrupción, golpes. por un recubrimiento plástico. como dispositivos auxiliares en los lo mismo en arrancadores las bobinas grandes que de los para controlar motores pequeños u otras cargas eléctricos, tales luces como piloto, calefactores o señales audibles. No proporcionan protección 114 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas contra sobrecarga a los motores y, bajo voltaje se usan muy ampliamente control de dos alambres (cualquier alumbrado con alumbrado. ordinariamente, se usan en sistemas de dispositivo eléctrico que hace contacto dos alambres). cualquier normalmente Sin contacto embargo, para interrumpir del circuitos tipo de residencial y comercial, y arreglos individuales de disponible, abierto, se puede conectar para servir como circuito de retención en alambres, dispositivos un sistema siempre piloto que de de se tres usen contacto momentáneo, tales como estaciones de botones. Los relevadores de control se pueden obtener en una diversidad de a b construcciones, retiro sencillo o doble, con varias combinaciones de circuitos de contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados esa variedad permite la selección de un relevador para casi cualquier aplicación. Los contactos de la carga del relevador, se usan con más frecuencia para abrir y cerrar circuitos de control que para accionar circuitos de energía. Fig. 2.10. a) relevador de control de c-a, de un polo doble tiro, con el diagrama de sus contactos; b) y relevador con cuatro contactos ”normalmente abiertos” y cuatro “normalmente cerrados”. Para cambiar de la posición abierta la cerrada, se cambian las conexiones de los alambres a los polos Las aplicaciones típicas de control, incluye el gobierno de un arrancador para motor y las bobina del contactos, la interrupción de relevadores. Son solenoide y dispositivos otros más pequeños, pero vitales, de interrupción Los relevadores de control, como los para muchos complejos sistemas de arrancadores, control. Los sistemas de relevador de son de aspecto y construcción totalmente diferentes, de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas acuerdo con sus fabricantes, pero, línea energía hasta la localización del en los sistemas de alambrado para ventajas sus propósitos sean semejantes. En las emplean dispositivos piloto, tales como figuras 2.10 (a) y (b) se muestran dos estaciones de botones, interruptores corriente alterna. limite básicamente, pueden intercambiarse control, siempre que las capacidades y tipos de relevador de control para control remoto. Esta es una de las principales del control electromagnéticos sobre el manual. Se de flotador, de presión, de o termostatos, a fin de proporcionar el control necesario para los contacto es de operación. El control automático, con el empleo de algunos de estos dispositivos piloto, es una 9 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de − Contactores. Los contactores interruptores magnéticos accionados son mediante electromagnetismo, que proporcionan un medio seguro y conveniente para conectar que interrumpir circuitos derivados. La diferencia principal entre un contactor y un arrancador para motor, es que el primero no contiene relevador desde contactores se sobrecarga. emplean Los para interrumpir, con dispositivos piloto de control, cargas tales como alumbrado, calefacción y para controlar motores de c-a, cuando la protección contra sobrecarga se instala separadamente. Los tamaños más grandes se usan ampliamente para circuitos de control remoto de corriente relativamente alta, cuyo costo prohíbe la instalación de 116 ventaja notable de los controladores magnéticos Partes del contactor. Carcaza: soporte fabricado en material no conductor (plástico o baquelita) sobre el cual se fijan componentes del contactor. Circuito todos electromagnético: los esta compuesto por unos dispositivos cuya finalidad es transformar la electricidad en magnetismo, generando un campo magnético lo más intenso posible. Propiamente constituiría el electroimán de un contactor. Esta compuesto de bobina, núcleo y armadura. Bobina: es un arrollamiento de alambre, con un gran número de es- Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas piras, que al aplicársele tensión crea un La tensión que se aplica a la bobina, se lugar electromagnético, de elementos (pulsadores, contactos muelles de la armadura, atrayéndolo auxiliares de mando, etc.) de acuerdo o hacia el núcleo Se construye con cobre las campo magnético. El flujo generado da a un superior al par par resistente de los electrolítico, arrollándolo sobre una realiza a través de una gran variedad auxiliares, contactos necesidades de elementos o complejidad circuito. del formaleta. La intensidad absorbida por la bobina, Núcleo: al ser energizada, es relativamente metálica, generalmente en forma de E, elevada, debido a que no existe en el circuito nada más que la resistencia del conductor, mínima por al ser la tener El núcleo es una parte y que va fija en la carcaza. reactancia Su función es concentrar y aumentar el circuito flujo magnético que genera la bobina el electromagnético mucho entrehierro. (colocada Una vez cerrado el circuito magnético núcleo), (cuando el núcleo atrae la armadura) eficiencia la armadura. en la para parte atraer central con del mayor aumenta la impedancia de la bobina, lo que reduce la corriente inicial a uno intensidad nominal baja. Se construye con una serie de láminas muy delgadas (chapas), fe- rromagnéticas y aisladas entre sí (pero La tensión de alimentación puede ser la que misma fuertemente unido), generalmente de del circuito de fuerza o inferiores a ésta, reducidas por un forman un solo bloque hierro silicoso, con la finalidad de transformador, o suministradas por reducir motivo, al elegirse un contactor, debe eléctricas que circulan por el núcleo al tomarse muy en cuenta la tensión (y estor sometidas a una variación del la de energía por efecto joule). otra fuente de alimentación. Por este frecuencia) con que debe energizarse bobina. Estos datos vienen parásitas al o máximo de los Foucault corrientes (corrieres flujo magnético, originando pérdidas claramente registrados en ella. En los contactores cuyo circuito de mando Electricidad y Electrónica va a ser alimentado por P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas corriente alterna (no así cuando se a diferencia de este es una porté móvil, núcleo elemento circuito magnético, cuando se energice cortocircuito, debe estar separado del núcleo. Se alimenta con corriente continua), el adicional debe tener denominado sombra, espiras un espiras en de cuya finalidad principal es cerrar el la bobina, porque en estado de reposo espiras de Frager o anillos de defasaje. aprovecha Cuando circula corriente alterna por la sobre el una serie de contactos (parte bobina, cada vez que el flujo es cero, la móvil del contacto) que se cerrarán o armadura se separa del núcleo dos abrirán siempre que la armadura se veces por segundo, porque el flujo magnético producido por la bobina es de esta propiedad de movimiento que tiene para colocar ponga en movimiento. también dos veces cero. En realidad La armadura debe estar cubierta por un como el material aislante, para evitar que los (1/120 tiempo de es muy segundo pequeño cuando la frecuencia es 60 Hz), es imposible que diferentes contactos que se coloquen queden eléctricamente unidos. la armadura se separe completamente del núcleo, pero es suficiente para que Contactos: elementos que tienen por se origine un zumbido y vibración, que objeto cerrar o abrir una serie de contactor. este Un contacto está compuesto por dos inconveniente se colocan en las dos partes fijas (ubicadas en la carcaza) y columnas una de ser continuo estropearán Para evitar laterales del núcleo el las espiras de sombra (construidas en cobre), para suministrar al circuito circuitos. parte armadura). móvil (sujeta Ordinariamente no bronce fosforado, que es un buen produce, secuencia constante, un similar creando flujo al en con- magnético que puede conductor, mismo tiene tiempo hechos la magnético un flujo cuando la bobina lo están en consistencia cierta de y al elasticidad. Normalmente en el punto en que se produciría la corriente continua. establece el contacto (extremos de la Armadura: elemento similar al núcleo, en cuanto a su construcción, pero que 118 parte fija y móvil que deben unirse) se produce un arco eléctrico al abrirse el Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas circuito bajo carga, por lo que es a) Principales: son los contactos que necesario que dichos puntos tengan tienen por finalidad realizar el cierre o una mayor consistencia y dureza. Para apertura del circuito principal, a través puntos en materiales aleados a base de circuito de utilización (carga). Deben plata-cadmio, estar lograr esto se construyen dichos plata-níquel, paladio, etc. plata- del cual se transporta la corriente al debidamente permitir el paso calibrados, de para intensidades requeridas por la carga sin peligro de Estas partes deben tener una gran deteriorarse. resistencia al desgaste por erosión que Por la función que deben realizar estos resistencia mecánica, poca resistencia Se tienen contactores con contactos oxidable (el óxido se constituye en desde unos cuantos amperios, hasta material aislante) y no ser susceptible a corrientes pegarse o soldarse. elevadas. produce el arco, tener buena eléctrica en el punto de contacto, no contactos serán únicamente abiertos. capacitados para transportar corrientes con intensidades muy Sobre todo en estos últimos, en el Todas estas exigencias hacen que los momento en que un contactor bajo contactos (especialmente en el punto carga se desenergiza y los contactos se del inmediatamente, sino que la corriente de contacto) sean la parte más delicada contactor, y por consiguiente separan, el circuito se sigue de tiempo a través del aire ionizado (aire que los circuitos establecen funcionen normalmente. que Una de las precauciones que más debe cuidarse es mantenimiento la de hacerles periódico, así un como protegerlos del polvo, grasa, humedad, que al durante calentarse se un abre deben cuidarse con especial esmero, manera pasando no ha breve vuelto conductor). Debido a este fenómeno se produce una transforma generará en una chispa, un que arco si se eléctrico temperatura muy elevada, de 5000º a 8000º C, muy por etc. encima de la temperatura de fusión del En el contactor encontramos dos tipos material con el cual están hechos los de contactos: principales y auxiliares. contactores, Electricidad y Electrónica debilitándolos, P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas desgastándolos por erosión y emplea un Por lo tanto en circuitos que absorben formado crea reducir el arco y apagarlo en el tiempo aumentado más breve posible. Esto puede lograrse núcleo de láminas, el cual por transferencia alejar el conductor, que en este finalmente dañándolos completamente. corrientes altas es magnético: el campo eléctrico imprescindible magnético mediante diferentes sistemas: soplado, y fraccionamiento procedimiento un circular, a través campo que es de un repulsión magnética tiende a del arco, etc. caso La zona, donde se produce el arco, desplazándolo y alargándolo. En apagachispas, debe construirse con efecto que con el soplado por conocida comúnmente como cámara corro poliéster con un o Baño de aceite: se debe tener más empleados con eléctrico, aire a presión. para presente que, si el arco no se apagar el arco son: o Soplo arco gran porcentaje de fibra de vidrio. Los sistemas el esta forma se consigue el mismo materiales muy resistentes al calor, tales es extingue, es porque el aire es aire a presión : conductor (está ionizado) por consiste en aplicar un chorro de acción mismo instante de la apertura ese calentamiento se elimina de este inconveniente. aire seco sobre el arco en el los contactos. procedimiento inconveniente de tiene que en la calor. Colocando aceite dieléctrico que absorba Este el del o Cámaras desionizadoras: al mayoría de los casos no se igual que en el método anterior está convenientemente seco. procurando que éste no alcance o Soplo magnético: es una técnica temperaturas que permitan este se evita la ionización del aire dispone de aire a presión, o no muy usada que consiste fenómeno. en alargar el arco para aumentar su resistencia eléctrica, impidiendo o Transferencia y fraccionamiento de esta manera el paso de la del arco: se trata de que el arco corriente. Para conseguirlo se 120 Electricidad Industrial inicial pase rápidamente de unas P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas puntas ubicadas en los En circuitos con cierta complejidad se los tienen únicamente contactos auxiliares, extremos del contacto móvil, a unos guías de arco de contactos fijos para producirse el fraccionamiento del mismo en las aletas de las cámaras de corte (Cámara apagachispas), de usan frecuentemente contactores que denominados por esta rozón contactores auxiliares. Funcionamiento del contactor: manera que, divide el arco en Cuando la bobina es recorrida por la muchos arcos más pequeños, su corriente eléctrica, genera un campo extinción magnético intenso que hace que el sea sencilla. mas fácil y núcleo atraiga a la armadura (parte móvil), de manera que al realizarse este movimiento, se cierran b) Auxiliares: son aquellos contactos contemporáneamente que tienen por finalidad el gobierno contactos abiertos (tanto principales del contactor (específicamente de la como bobina) y de su señalización. contactos cerrados. Pueden ser abiertos o cerrados, y como Para volver los contactos a su estado únicamente bobina. están hechos para a dar pequeñas paso corrientes de auxiliares) reposo todos y basta se abren desenergizar los los la (alimentación de la bobina y elementos de señalización), suelen ser normalmente más pequeños que los Ventajas en el uso de contactores: 1. contactos principales. Posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes El número de contactos auxiliares por muy altas, mediante corrientes contactor débiles. Se puede gobernar un varía de acuerdo a las contactor para 200 maniobras, desde uno normalmente ejemplo, con bobinas abierto, consumen necesidades hasta de las varios diferentes abiertos y cerrados. sólo 0.35 A 220 V. Electricidad y Electrónica A, alrededor por que de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 2. 3. Tensión y frecuencia reales Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas. Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos de alimentación de la bobina. 5. (estaciones). 4. Si es para el circuito de potencia o únicamente para el circuito Seguridad del persona:, dado que se realizan las maniobras 6. desde lugares alejados del motor de mando, o para ambos. Tensión de aislamiento del contactor. . 5. 6. Automatización del arranque de motores. Automatización y control en numerosas aplicaciones, con Daños en los contactores: 1. El contactor realimentado (auto sostenido). Puede de manso (llenado automático de conductores interrumpidos en el tanques de aguo, control de circuito o bien por conexiones temperatura mal hechas en el contactor o en los hornos, originado conductores aislados, mal apretados, etc.) Elección de los contactores: 2. o Calentamiento excesivo presente los siguientes factores: o Desgaste prematuro 3. o Presión débil de los resortes Tensión y potencia nominales o Contactos corridos o soldados Clase de arranque del motor. 3. de la carga. Número aproximado de • accionamientos (conexiones por 122 Daño en la bobina por cortocircuito. Condiciones de trabajo: ligera, normal, Fallas en la bobina por: sobretensión, sobreintensidad o hora). 4. tornillos Fallas en el contactor por: Al elegir un contactor deben tenerse 2. por los pulsadores (contactos con etc...). 1. queda ayuda de los aparatos auxiliares en estar no duro, extrema, etc. • Desconexión en los bornes por vibración excesiva del circuito electromagnético Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Calentamiento excesivo (normalmente no debe pasar de 4. 80º C). Fallas en el circuito electromagnético: • Falla mecánica de alguna de las partes que lo constituyen. • Escasa fuerza magnética para atraer la armadura. • Deficiencia en la desconexión (los resortes estén flojos). • Circuito magnético ruidoso y − De sobrecarga. vibración excesiva La Los dos contactores que se muestran en la figura 2.11 se accionan mediante corriente alterna. Nótense las divisiones de servicio pesado para ahogar el arco. Éstas contienen bobinas de cobre grueso, llamadas bobinas de extinción, que se montan sobre los contactos, en serie con la carga, para una mejor supresión del arco. protección de sobrecarga de motores eléctricos es necesaria para impedir que los motores se quemen y para garantizar la máxima duración de funcionamiento del motor. La sobrecarga del motor puede ser causada por un aumento de la carga en la maquinaria de activación, un voltaje de entrada bajo o una fase abierta en un sistema polifásico. Cuando se produce la sobrecarga del motor, excesiva corriente, lo cual causa el recalentamiento. Para impedir que los motores se recalienten se utilizan relés de sobrecarga. Estos limitan la cantidad de corriente predeterminado. elementos Estos térmicos a o un relés valor tienen magnéticos conectados en las líneas del motor para limitar la excesiva corriente, el relé Electricidad y Electrónica desenergiza al arrancador y P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas adecuadamente un motor, debe captar detiene el lo más exactamente posible el calor producido al interior del motor. Una unidad de sobrecarga térmica consiste en un elemento calentador, una caldereta de soldadura y una rueda de trinquete. Cuando pasa demasiada corriente a través del elemento calefactor, la aleación de la caldereta de soldadura se funde. Luego la rueda de trinquete puede funcionar libremente, lo que abre el circuito de control del arrancador para detener el motor. − Temporizados. Son aparatos que cierran o abren determinados contactos (contactos temporizados) al cabo de un tiempo, debidamente establecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentación. motor. Los códigos eléctricos locales Es muy importante no confundir los sobrecarga. contactos térmica que captan el calor total en sus temporizador, y que actuarán localizaciones. Éstas son afectadas por pronto se energice este. aumento de temperatura causado por temporizadores: 10 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de determinan la dimensión de la relé de Existen los relevadores de sobrecarga la temperatura que las rodea y por el contactos temporizados con auxiliares de sobrecarga, 124 la misma. para Un relé de proteger NO TEMPORIZADOS que puede tener un Existen dos grupos la corriente del motor que fluye a través los 1. Al trabajo: si sus contactos temporizados actúan después de Electricidad Industrial tan de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas cierto tiempo de haber sido se obtiene por el movimiento de una energizado. 2. Al reposo: sus membrana, en fundón de una entrada contactos temporizados actuaran solamente regulable de aire, por acción de una bobina. después de cierto tiempo de que el temporizador haya desenergizado. sido • Interruptores y sensores de proceso. Los temporizadores según la técnica de construcción pueden ser: y funcionamiento, − De limite. Son aparatos destinados a controlar la posición de una parte en una máquina 1. Temporizadores con mecanismo de o la misma máquina. por un mecanismo de relojería, a base En cuanto a los contactos, tienen uno relojería: cuando el retardo se consigue de engranajes, que actúan accionados por un pequeño motor; con embrague electromagnético, de manera que al cabo de cierto tiempo de funcio- cerrado y uno abierto y se comportan exactamente como los de un pulsador de conexión-desconexión (b). namiento del motor, entra en acción el Su aplicación va dirigida a la parada o cierre del circuito de mando. to de las máquinas, por lo que se embrague y se produce la apertura o inversión del sentido de desplazamienconvierten en dispositivos de los que 2. Temporizadores electrónicos: depende la seguridad de la máquina, el sistemas basados en circuitos electrónicos y que presentan una gama muy extensa en cuanto a valores y material y el mismo personal. Al actuar una fuerza mecánica por lo precisión de tiempo. Su uso se ha ido regular un elemento de la misma extendiendo rápidamente, especialmente en aquellos dispositivos máquina, actúa sobre la parte saliente fundamental. desplazando los contactos por lo que en los cuales la precisión es 3. Temporizadores del se neumáticos: el interruptor abren circuitos. retardo de sus contactos temporizados Electricidad y Electrónica o de cierran posición, determinados P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas De acuerdo con de comúnmente para gobernar circuitos ejercerá sobre él, se eligen los de herramientas, sistemas de lubricación accionamiento el tipo mecánico que se pistón, bola, roldana, resorte, etc. de equipos de soldadura, máquinas de alta presión, bombas y compresores impulsados por motor. Entre los interruptores de posición A interruptores accionados por boya. variedad de gamas de presión. Un podemos citar también los causa aplicaciones, de la existe diversidad una de amplia dispositivo accionado por medio de un Una modalidad de estos elementos diagrama, se diseña para aplicaciones microrruptores. Se denominan así por pequeños emplean tan altas como 2000 libras por pulgada auxiliares de mando son los ser de pequeñas dimensiones y se como conmutadores de que requieren una respuesta sensible a cambios de presión en gamas de presión bajas. Para presiones corriente del circuito de mando para cuadrada, fuerzas de accionamiento mínimas o accionado por fuelles metálicos sin pequeños desplazamientos. costura Los interruptores de posición o finales interruptores accionados por un pistón de carrera se caracterizan por: hidráulico, para presiones hasta de • La apertura y cierre de obtener 15,000 libras por pulgada cuadrada. entre las presiones de conexión y brusco), aun Una duración para mecánica y Un fácil ajuste y conexión Los reguladores de presión del tipo del la amplia variedad de requerimientos que se encuentran en el control de neumática controles campo. Los interruptores que se usan pero también se utilizan de dos polos. industrial están diseñados para cubrir máquinas desconexión) se pueden cambiar en el más frecuentemente, son de un polo, Los interruptores de presión del tipo 126 pueden control (corte − De presión. Estos se un La amplitud y la diferencial (diferencia eléctrica máximas • y emplea contactos debe ser muy rápida movimientos lentos. • sus se se o hidráulicas. emplean más medidor proporcionan el control exacto de los valores de presión o vacío en los sistemas en que se instalan. Cuando se usan como dispositivos piloto para control con arrancadores magnéticos , gobiernan la Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas operación de motores para bombas o La finalidad de un interruptor de flujo interruptores de presión. través de una tubería, o conducto y un medidor del tipo de Bourdon y o cierre de un juego de contactos. Un relevador de control. A unos delicados tipo de interruptor de caudal (fig. 2.13) relevador, haciendo que se abran o uno de sus extremos y una paleta o cierren, según sea el caso. Por tanto, aspa en el otro. compresores, en forma semejante a los Los reguladores de presión constan de contactos del medidor energizan el los contactos de relevador se emplean para controlar una arrancador para motor grande, impidiendo es detectar el flujo líquido, aire o gas a transformarlo en la acción de apertura utiliza una palanca con contactos en 11 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de la quemadura posible de los contactos del medidor. En la figura 2.12 se interruptor de muestra un presión del tipo industrial. Fig. 2.13. Interruptor de caudal, tipo paleta. 12 El extremo de la paleta se introduce en el tubo de modo que el flujo de líquido o gas actuando sobre ésta haga bascular la palanca y abra o cierre los contactas del accionador por el otro extremo. Otro tipo de interruptor de caudal Fig. 2.12. Interruptor de presión del tipo industrial, con la tapa separada. Nót l − De flujo ill d ió utiliza la diferencia de presión producida al pasar el líquido a través del orificio de un plato o diafragma instalado en el tubo. Desde cada lado del orificio parte un tubo hasta el Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas interruptor de presión. La correspondiente diferencia de presión actúa sobre el interruptor de presión en un sentido o en otro, abriendo o cerrando sus depende de contactos, su lo que disposición. Este interruptores de flujo o caudal está ilustrado en la figura 2.14. Lo mismo que ocurre con otros tipos de dispositivos detectores empleados en el control existen gran variedad de dispositivos mecánicos para accionar los contactos. Es recomendable consultar catálogos de fabricantes y estudiar los diagramas e ilustraciones que contienen para ampliar los conocimientos acerca del diseño y 12 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- aplicación de los interruptores caudal. de Este tipo de interruptores, como su nombre lo indica, detectan un nivel de agua y son diseñados y empleados para el control automático de arrancadores magnéticos de motores para bombas de ca y cc, o para el control automático directo de cargas ligeras de motor. Este tipo de interruptores se conocen también con el nombre de Interruptores de flotador. La operación de un interruptor de flotador se controla por el movimiento, hacia arriba o hacia abajo, del flotador que se coloca en el tanque de agua. El flotador abre o cierra mecánicamente los contactos eléctricos mediante una varilla o cadena con un contrapeso. Los interruptores no se pueden sumergir en el agua, pero se utilizan para las operaciones de un tanque, de una bomba de sumidero, o para llenar un depósito. Pueden conectarse eléctricamente al motor de una bomba para mantener automáticamente lleno o vacío un tanque. Un ejemplo de interruptor de presión se pude observar en la figura 2.15. Fig. 2.14. Interruptor de caudal, tipo diferencia presión. 13 − De nivel. 128 − De temperatura. Termostatos Son aparatos que abren o cierran circuitos en función de la temperatura Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas que los rodea (no deben confundirse fluido Según el principio de funcionamiento La variación de presión actúa por tubo capilar. sobre un interruptor eléctrico con los Relés térmicos). alojado en un tubo delgado, al variar la temperatura. pueden ser de láminas bimetálicas y de medio de un tubo ondulado que conecta, al subir o bajar la temperatura. Para cada gama de temperatura se utilizan diferentes tubos, como son el tubo capilar o en bulbo especial. − Sensores de proximidad. Detectores de proximidad. Son dispositivos empleados para electrónicos el control de Fig. 2.15. a) interruptor de flotador accionado presencia, ausencia, fin de recorrido, b) interruptor de flotador accionado con una contacto directo con las piezas. con una varilla; etc., sin necesidad de entrar en Se emplean cuando los velocidades de ataque y funcionamiento son elevadas, el entorno exterior de los piezas es severo, existe presencia de polvos, o De láminas bimetálicas: se basan en la acción de la temperatura sobre una placa, compuesta por dos metales de diferente coeficiente de dilatación, que se curva al elevarse la temperatura, hasta llegar a abrir o cerrar los contactos del circuito de mando. 13, 14 Manual de máquinas eléctricas. Thaler- o De tubo capilar: aprovecha la; aceite de corte, agentes químicos, humedad, vibración, choque, etc., o cuando las piezas son pequeñas o frágiles. Estas características hacen que su uso sea muy ensamblaje, máquinas etc. variaciones de presión de un Electricidad y Electrónica útil en máquinas máquinas de herramientas, transportadoras, prensas, P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Detectores de proximidad inductivos: mismo dispositivo. El retorno del haz basan en la variación de un campo montado frente al detector. se usan para objetos metálicos. Se electromagnético al acercarse un de luz se obtiene mediante un reflector Detectores fotoeléctricos de objeto metálico. proximidad: en este caso también Detectores de proximidad capacitivos: el emisor y receptor están se emplean para objetos de cualquier incorporados en uno misma caja. El naturaleza. haz de luz, en este caso, es Su principio de funcionamiento radica en la variación parcialmente reflejado hacía el objeto cualquiera. se encuentre en su proximidad. de un campo eléctrico al acercarse un Detectores fotoeléctricos. Son dispositivos compuestos electrónicos esencialmente de un emisor de luz asociado a un receptor fotosensible. Pata detectar un objeto, es suficiente que este interrumpa o haga variar la intensidad del haz luminoso. Detectores fotoeléctricos de barrera: son dispositivos en los cuales el emisor y detector están separados. Se usan particularmente para alcances largos, o en la detección de objetos cuyo poder reflexivo no permiten la utilización del sistema reflex. Detectores 130 van fotoeléctricos incorporados • Dispositivos auxiliares de seguridad y disyuntores. − Fusibles Quizá el dispositivo mas simple de protección del motor contra sobreintensidades es el fusible. Los fusibles están divididos en dos grandes grupos: fusibles de baja tensión (600 V o menos) y fusibles de alta tensión (mas de 600 V ) . El tipo de cartucho o contacto de casquillo, es útil para las tensiones nominales entre 250 y 600 V en los de tipo fijo y recambiable. El tipo fijo contiene polvo aislante ( talco o un tipo reflex: en este sistema el emisor y el receptor receptor por cualquier objeto que en un adecuado aislante orgánico) redondeando el elemento fusible. En caso de cortocircuito, el polvo tiene como misión: Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas (1) enfriar el metal vaporizado, (2) circuito. Estos fusibles contienen dos condensado, y (3) extinguir el arco que elemento conductor. veces la corriente normal) y (2) una La presencia de este polvo es la que disposición ruptura en el caso de cortocircuitos veces bruscos. proporciona El tipo tapón fusible, el cual funciona a retardo de tiempo inverso. disponible en el comercio para bajas que, Estos fusibles poseen una base roscada unos 3 minutos( a 5 veces la corriente y están proyectados para ser utilizados nominal), hasta aproximadamente 10 en arrancadores reducidos o en cajas segundos ( a unas 20 veces la corriente de interruptores de seguridad a 125 V, nominal), ya que el efecto térmico varia en motores de pequeña corriente. Por con el cuadrado de corriente. Por tanto regla general, los fusibles protegen un contra las sobrecargas. empleado para procurar la protección Se han efectuado ensayos para mejorar contra las características del fusible en las desconectar el circuito durante los que, con valores nominales inferiores, corriente en el arranque o en el sobrecargas y de cortocircuitos. elemento fusible estándar de acción absorber el vapor metálico pueda mantenerse en el vapor metálico confiere al fusible su alto poder de la tensión nominal de 125 V, estando corrientes nominales de hasta 30 A. contra los cortocircuitos mas bien que aplicaciones a los motores de forma permitan protecciones contra Un tipo de fusible llamado fusible temporizado, que existe en los tipos de cuchillas, cartucho y tapón, elementos en serie ( o paralelo ): (1) un fusible estándar para la protección de cortocircuitos ( 25 a 50 contra sobrecarga, corriente nominal o interruptor térmico de hasta cinco la una que característica de La cualidad de tiempo inverso significa por ejemplo el circuito será conectado por este ultimo elemento en fusible relativamente de valor pequeño sobrecargas y nominal puede sin llegar ser a periodos de elevación transitoria de la frenado. En el caso de cortocircuito, el instantánea interrumpe inmediatamente el circuito para evitar desperfectos. proporciona un gran retardo en el caso Otro tipo aparte de fusible que ha sido de fabricado, intenta mejorar la capacidad sobrecargas momentáneas o sostenidas antes de desconectar el de limitación de corriente de estos Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas dispositivos antes de que la corriente razones un valor de régimen permanente. para funcionar desde el 110 al 250 por poseen cierta capacidad de limitación máximas de ruptura de hasta 10 veces de la corriente ya que interrumpen el la corriente nominal. La figura 1−1d que fusible de cortocircuito alcance su máximo o Los fusibles de cartucho comunes circuito casi instantáneamente antes de el cortocircuito tenga la anteriormente citadas. Los relés de máxima están proyectados ciento de sobrecarga con corrientes muestra el conjunto combinado de y relé de máxima que oportunidad de existir y fundir o unir comprende los sistemas de protección los contactos de los disyuntores o relés de El fusible de potencia limitador de la máxima de máxima. corriente contiene elementos fusibles de aleación de plata rodeados por cuarzo en polvo. Por encima de 600V se emplean fusibles especiales de alta tensión que incluyen varios órganos para extinguir el arco que se podría mantener, particularmente a alta tensión, cuando el elemento fusible se vaporiza a causa de la corriente excesiva. Los tipos de fusibles de alta tensión mas comunes son: (1) el fusible de desionizacion con ácido bórico liquido, (2) el fusible de expulsión, y (3) el fusible de material sólido. Aunque los propios fusibles presentan, naturalmente, la protección de cortocircuitos o de corriente máxima ruptura, su protección contra sobrecargas esta algo limitada por las 132 sobrecargas tiempo de y cortocircuito. operación varia del relé inversamente El de con corriente de sobrecarga. la − Interruptores termomagnéticos Relés termomagnéticos Al igual que los relés térmicos, son aparatos destinados a proteger motores contra posibles sobrecargas. Está formado por un núcleo horizontal sobre el cual se han bobinado dos arrollamientos de alambre: un primario, por el que circula la Corriente de control, y un secundario extremos está unido un cuyos bimetal. Cuando la corriente de control pasa por el bobinado primario, crea un campo magnético que, por una parte tiende a atraer una lámina flexible hacia el núcleo, y por otra induce en el bobinado secundario (actuando como una un corriente pequeño transformador) que la recorre y caliente el bimetal. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas conjunto del equipo de mando, para Disparo diferido del térmico. Si la corriente sobrepaso el operaciones de mantenimiento o para valor modificaciones en dicho equipo. No deforma, dejando libre, después de están construidos para su maniobra en cierto tiempo, un tope (unido a la vacío, es decir, sin que haya carga en la unión tope-lámina se flexiona y una En la mayor parte de los casos los palanca seccionadores están provistos de un ajustado, el bimetal se calienta y se lámina y que bloquea el bimetal). La actúa sobre el eje de están dotados de poder de ruptura y instalación. transmisión, provocando la apertura de contacto una caja. El rearme se puede realizar contactos principales, y que provoca la suficientemente. detrás del-seccionador, si éstos están un contacto colocado en el interior de solamente cuando el bimetal se enfríe auxiliar cuya apertura se produce antes de la separación de los apertura de los contactores situados cerrados en e! momento en que se Disparo instantáneo del térmico. inicia la maniobra del seccionador. Si la corriente adquiere rápidamente un Por otra parte, los seccionadores deben valor elevado (superior a 10 In), antes resultar capaces de soportar el paso de que el bimetal se deforme lo necesario las magnética sobre la lámina es mas normal del equipo, particularmente a fuerte que el resorte que lo mantiene las puntas de corriente. contra el tope, de manera que se pega El mando de los seccionadores de baja actuará sobre el eje de trasmisión empuñaduras, palancas, etc. Según se para liberar el tope, la atracción al núcleo, y por consiguiente la palanca provocando la apertura del contacto intensidades corresponden tensión, caso de disparo diferido. − Interruptores de seguridad (de cuchillas) seccionadores conocidos o como disyuntores realiza corriente y permiten, sobre todo, aislar de la red el Electricidad y Electrónica que funcionamiento por ilustra en la figura 2.16. que se encuentra en la caja, como en También se al de medio de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas cerrando de esta forma el circuito. Pueden ser unipolares, bipolares, tripolares, etc., la forma constructiva de las piezas que constituyen los contactos es muy variada y su tamaño depende de la intensidad de corriente que admite el interruptor. Como puede apreciarse en la figura, en que se representa un interruptor tripolar, las tres cuchillas de contacto están unidas entre sí por medio de un Los interruptores de palanca (Fig.2.17), 15, 16 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de travesaño de material aislante, el cual se sujeta la empuñadura; de esta se emplean para corrientes nominales forma, puede manejarse sin peligro el comprendidas entre 20 y 2 000 A y son interruptor. de uso general. construidas de latón o de cobre y encajan, Las cuchillas simultáneamente están en los resortes de contacto; para intensidades superiores a 400 A, los interruptores acostumbran a construirse con doble cuchilla por polo. Los contactos están montados a suficiente distancia entre sí para que, en circunstancias normales, no se produzca ningún arco entre ellos; para grandes intensidades 15,16 Fuente: Máquinas eléctricas y transformadores. I. L. Fig. 2.17. Interruptor tripolar (3 cuchillas) de palanca. 16 nominales, disponen los con apagachispas polos. interruptores tantas se cámaras independientes como Estos interruptores están construidos Muchas veces, los interruptores de en forma de una cuchilla que penetra palanca se montan sobre una base entre 134 dos resortes de contacto, aislante (Fig.2.18); en otras ocasiones Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas (Fig.2.19), con espigas de fijación, para montaje directo sobre cuadros eléctricos. Cuando estos interruptores se montan Pero si su maniobra debe realizarse por 17, 18 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de personal no especializado, como es el caso en instalaciones de viviendas, en centrales o en locales destinados talleres, etc., todas las piezas bajo especialmente instalaciones tensión han de estar protegidas contra realiza por personal especializado, el cubren los interruptores con cajas montaje se realiza tal como se ha protectoras de material aislante, como indicado hasta ahora. se muestra gráficamente en la figura a eléctricas, en que su maniobra se contactos accidentales, para lo cual se 2.20. Los interruptores construyen ruptura de palanca se de ruptura lenta y de rápida. El interruptor representado en la figura 2.21 es de ruptura lenta; puede apreciarse que para desconectar el interruptor, es preciso que transcurra cierto tiempo desde que se inicia la maniobra hasta que se abre completamente interruptor. Fig. 2.18. Interruptor de palanca, montado sobre base aislante. 17 Fig. 2.19. Interruptor de palanca con espigas de fijación para montaje directo sobre cuadros. 18 Electricidad y Electrónica el P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Por el contrario, el interruptor de la figura 2.22 es de ruptura rápida; en esta ocasión, se monta un muelle o resorte entre la palanca y la cuchilla de contacto; al empuñadura, accionar el muelle sobre se la va distendiendo hasta que la cuchilla se separa bruscamente del contacto fijo. Fig. 2.22. Funcionamiento de un interruptor de ruptura rápida. 21 Fig. 2.20. Interruptor con caja protectora de material aislante. 19 19, 20, 21 Control de Motores Eléctricos. Wildi- de • Indicadores luminosos y audibles. − Luz piloto Es un elemento de señalización luminosa alimentado a plena o baja tensión, cuyo color y estado (apagadaencendida) indican el estado de funcionamiento del motor, es decir una lámpara piloto tiene la función de indicar Fig. 2.21. Funcionamiento de un interruptor de ruptura lenta. 20 136 Electricidad Industrial cuando el motor está en P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas operación, de esta forma, si el motor Por mencionar algunos ejemplos las lámpara estará resistentes a los efectos del clima, es estará apagada cuando el motor se lugares donde la humedad del aire sea encuentra afuera de funcionamiento. superior citar: El lente está protegido contra polvo y arranca puesta en funcionamiento la con los piloto encendida de lo contrario, la lámpara Entre estos dispositivos se pueden a) lámpara de incandescencia, b) Lámpara con atmósfera de gas lámparas indicadoras 3SL1 son decir, pueden emplearse incluso en al 80% y tengan lugar condensaciones frecuentes. chorros de agua (clase de protección alimentada a plena tensión. IP65). (neón, argón, xenón, etc.) alimentada a lámpara indicadora de Siemens para c) roscadas. plena tensión. lámpara de incandescencia En la figura 2.23 se muestra una tensiones de hasta 400V con bases montada en serie con una resistencia. − Sirenas d) lámpara de incandescencia o de gas alimentada por transformador. medio de un Un pequeño transformador permite la utilización de lámparas resistentes a los choques y vibraciones, aumentadas a la tensión de 6 V. El cambio de lámpara es fácil y se efectúa con toda seguridad por el hecho de la baja tensión de alimentación. Este tipo de dispositivos pertenece a los llamados indicadores audibles su funcionamiento presenta varias posibilidades ya sea desde un simple zumbido con muy pocos decibeles de intensidad hasta intensidades de decenas de decibeles. Su función, para intensidades pequeñas, es la de “avisar” cuando algún interruptor o botón pulsador ha sido accionado. En ocasiones se utiliza − Lámpara indicadora Las lámparas indicadoras están compuestas por la base roscada con la pieza de sujeción y lente completo. En su aspecto exterior y dimensiones, las lámparas indicadoras son parecidas a los pulsadores de control. un sonido de sirena de decenas de decibeles para avisar cuando un sistema presenta una falla crítica o bien un malfuncionamiento que implique la atención inmediata de la misma. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas arrancadores terminales o tienen conectores distintos que son necesarios para la correcta instalación de los controladores en sistemas de control desde los más sencillos hasta los más complejos. En la figura 2.24, se muestran los distintos bloques de terminales para un arrancador. En el se distinguen Fig. 2.23. Lámpara indicadora de hasta 400V,y3SL1 de Siemens. todos cada uno de 22los conectores necesarios para la instalación de los mismos. • Bloques de terminales. La función primaria del controlador electromagnético de un motor eléctrico es arrancar y parar motores, proteger al motor, la carga y al operador; el cambio del sentido de rotación y el cambio en la velocidad del motor son funciones secundarias. También el controlador de un motor puede equipo controlar la auxiliar o adicionales. operación de del motores 22 Control, instalación y Automatización. SIEMENS. Catálogo 2000 Un arrancador y en general de un dispositivo de control electromagnético se pueden principales arrancador sobrecarga. dividir que clasificaciones y en son: el Para se dos partes estas dos contactor del relevador de definen distintos bloques de terminales es decir, los 138 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Fuente de energía para los circuitos de control electromagnéticos. Algunos controladores electromagnéticos pueden ser alimentados de manera directa de las líneas de alimentación del sistema de control en general y a los mismos voltajes nominales a que trabajan los motores, es decir, los elementos auxiliares de control y mando van Algunos otros alimentadoras del circuito tanto para la cuentan con de control y mando, las partes que se línea y ser alimentados a través de este bobinas o solenoides siendo estos, los aisladores para el circuito de control. conectados directamente a las líneas parte de potencia como para la parte encargan que se del accionamiento conectan a las líneas son de alimentación como se ve en la figura 2.25. circuitos de control transformadores de alimentación para reducir el voltaje de fungiendo a su vez, como elementos − Transformador de control Este transformador encuentra entre de el control circuito se que contiene la bobina del relevador de control y el circuito que contiene los Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas contactos del relevador de control, su función es la de aislar ambos circuitos, además de proporcionar los voltajes adecuados de funcionamiento para las bobinas del circuito de control. En la figura 2.26 se muestra un transformador de control. 24, 25 Fundamentos d 23 Control de Motores Eléctricos. Enriquez Fig. 2.25. Circuito de control electromagnético (solenoide) conectado a la línea de alimentación del sistema de control 140 Electricidad Industrial 24 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 5. Define lo que es un diagrama de escalera. Preguntas de repaso. 1. Menciona al menos tres dispositivos hombre-máquina. 6. Señala dos tipos de tableros de control 2. ¿En qué casos se utiliza el interruptor de pedal? 7. Explica la prueba de continuidad en un sistema de control de motores. 3. Explica la diferencia entre un contactor y un relevador. 4. ¿Para que sirve un interruptor? Investigación de campo Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Competencia de información Recopilar catálogos y manuales de los fabricantes de dispositivos de control eléctricos y electrónicos y evaluar la información utilizarla en para actividades relacionadas con las instalaciones Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.4 “Operación de relevadores y contactores electromagnéticos” ubicada en la pág. Resumen. eléctricas. a) Elabora una lista de cotejo o verificación para diferentes tipos de controles electrónicos eléctricos usados industria donde parámetros de desempeño en operación grupos la señales de dispositivos. b) Realiza, en y y estos de cinco personas, una visita a plantas industriales en donde se utilicen controladores eléctricos y electrónicos. c) Llena la lista de cotejo que preparaste señalando los puntos que cumplen los controladores en los sistemas revisados. d) Elabora conclusiones respecto de tu visita y coméntalas en grupo Competencia de calidad. Desarrollar la ortografía y gramática en la elaboración de reportes relativos a los parámetros eléctricos. a) Realiza el reporte de la práctica con limpieza, claridad y buena ortografía. b) Incluye un cuadro sinóptico dentro de tu resumen que explique las ideas principales de la práctica. Entrega tu resumen en hojas tamaño carta y en procesador de textos incluyendo imágenes y diagramas perfectamente explicados y acotados, con pulcritud y claridad para ser retroalimentadas. Realización del ejercicio. 142 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas con línea más gruesa); (2) cómo fluye la corriente a través de las distintas partes del estaciones de circuito, botones, como son: contactos, bobinas, etcétera, que se muestran en los diagramas, por lo general con líneas más delgadas. Realización del ejercicio. Un diagrama de línea (diagrama de escalera) es un diagrama que muestra la lógica de un circuito de control en su forma más simple. Un diagrama de Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.4 “Operación de relevadores y contactores electromagnéticos” ubicada en la pág. línea no muestra la localización de cada componente y su relación con otras componentes en el circuito. Los diagramas EL DIAGRAMA DE ESCALERA. es mediante el uso de los llamados diagramas de línea o de escalera. Los una serie de símbolos interconectados por medio de líneas, para Indicar el flujo de corriente a través de los distintos dispositivos. El diagrama de línea usan para básico de control es aquel que muestra una estación de botones controlando una lenguaje de control electromagnético, de diagrama línea, La forma básica de comunicación en el consisten se expresado en la forma de diagrama de • Estructura. cuales línea diseñar, modificar o expandir circuitos. Un 2.1.3. de lámpara. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que opere el circuito. En la figura 2.27, se muestra el diagrama de línea con los símbolos y el diagrama físico de cada componente, para ilustrar el aspecto real de éstas y de su representación. muestra básicamente dos cosas: (1) la fuente de alimentación (que se muestra a veces Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas A. Switch de botón de contacto momentáneo. Cuando se oprime el botón, abre los contactos superiores y cierra los contactos inferiores. B. Los contactos auxiliares operan cuando el switch asociado lo hace. En este caso cuando la bobina es energizada, los contactos normalmente abiertos (NA) abren y los contactos normalmente cerrados (NC) cierran. de Control de Motores relevador Eléctricos en la Industria. C.26 Fundamentos Contactos del de Enriquez sobrecarga (uno o mas dependiendo de la construcción del arrancador). D. Punto de referencia identificado en el arrancador y que corresponde a los números mostrados en el switch de botón (diagrama de alambrado). E. Punto de unión, cuando no hay nodo quiere decir que no hay conexión. F. La línea de alimentación se simboliza por líneas gruesas. Obsérvese en el diagrama de línea, que las líneas gruesas y obscuras L1 y l_2 representan la alimentación (de fuerza) al circuito; el voltaje de alimentación se debe indicar en alguna parte del circuito y puede ser: 220, 440 ó 2 300 V en corriente alterna. Cuando se alimenta con voltaje de corriente directa, debe indicar la polaridad con signo (- ó +) y los voltajes pueden ser: 50, 100, 200 ó 250 V. Los diagramas de escalera son los que comúnmente se usan para los circuitos 144 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas de control no electrónico, se conocen (desconectador) diagramas elementales. (dentro) y Off (fuera). El segundo, B, es también como diagramas de línea o El término diagrama de escalera se usa sencillo que actúa sobre un relevador de salida CR5 en On un diagrama de función simple con porque de alguna manera parecen una líneas paralelas para el control y líneas escalera, se inicia en la parte superior paralelas para la salida, cada uno de de la escalera y generalmente se los switches (desconectadores), o trabaja en la dirección hacia abajo. Se ambos, accionan la salida y encienden usan una lámpara piloto. dos tipos de diagramas de escalera en los sistemas de control: El diagrama de escalera de control y el diagrama de escalera de potencia. Asignación de números de referencia.Cada alambre o conductor en un circuito de control está asignado a un punto de referencia sobre un diagrama de línea, para mantener la trayectoria de los diferentes conductores que conectan a las componentes en el circuito. Cada punto de referencia está asignado a un número de referencia. Los números de referencia están normalmente asignados de la parte superior 3 la izquierda a la parte inferior a la derecha. Fig. 2.28. Diagrama de escalera básico. A) switch desconectador; B) diagrama de función simple con líneas En la figura 2.28, se muestran dos diagramas primero de (A) escalera es para básicos, un el switch Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Cuando se asignan números de referencia a los conductores, cualquier Ejercicio. Para el siguiente diagrama de escalera, asigna números de referencia siguiendo el procedimiento descrito con anterioridad. conductor que está siempre conectado a un punto está asignado al mismo número. Los conductores que están asignados a un número varían de 2 al número requerido por el circuito. Cualquier conductor que esté prealambrado cuando se compra una componente, normalmente no tiene asignado un número de referencia, cuando éstos se asignan, se pueden Por ejemplo, un diagrama de línea usar Los tiene cinco puntos de referencia. Los sistemas de numeración exactos varían puntos de referencia están asignados de fabricante a fabricante, o bien, de como los números 1, 2, 3, 4 y L2. El diferentes asignaciones. acuerdo al ingeniero o diseñador. primer punto de referencia está designado como 1 ó L1. Cualquier conductor conectado a este punto está 28 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez todas las veces relacionado con 1. Los cinco puntos de referencia sobre el circuito pueden estar dados en cualquiera de los siguientes grupos mostrados en la figura 2.29. Fig. 2.29. Asignación de números de referencia en un diagrama de escalera. 28 146 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas En la Figura 2.30, se muestra un diagrama de escalera de fuerza cuya operación es en una sola dirección. Cuando el contactor de la bobina de potencia es energizado, los contactos de fuerza cierran y se aplica la fuerza o potencia al motor o a la carga; por lo general, las líneas de fuerza en un diagrama de escalera se dibujan con líneas gruesas, a diferencia de las de control que son delgadas. En proyectos eléctricos, las normas indican desde la manera como se deben hacer las representaciones graficas, hasta especificar las formas de montaje y prueba a que deben • Normalización de simbología. someterse los equipos. Cada país Todos los elementos eléctricos que posee conforman los diagramas de línea o desarrolladas simbología estandarizada que ha sido por los especialistas. Aunque a través establecida por diferentes organismos de la historia se han hecho esfuerzos reguladores para estandarizar todas y cada una de escalera, se representan tales como con una NEMA/DIN (Europa) o bien ASA (América). En sus propias de normas, acuerdo a las necesidades y experiencias acumuladas las normas siendo las más utilizadas algunos lugares se prefiere el uso de la en otros A continuación trataremos cada una de simbología europea mientras que en se prefiere el uso de la simbología americana por eso es de suma importancia manejar los dos tipos de simbología para diagramas y circuitos ya que de alguna forma tendremos que estar listos para leer planos de los dos tipos. todo el mundo las (NEMA) y la Europea (DIN). Americana ellas por separado. − Americana. El American Engineering Standards Committee (AESC) se organizó en 1919 como resultado de la acción de cinco organizaciones Electricidad y Electrónica encabezadas por el P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas AIEE. A esta organización se le ha Entre “cámara nacional de compensaciones citar: ha convertido ahora en el American • National Standards Institute. En sus Institute (ANSI) cuerpo con 12 divisiones. Pocas de Association (NEMA) éstas llegaron a ser activas. La división • de ingeniería eléctrica, llegó a ser Electronics Engineeres Inc. (IEEE) descrito atinadamente como una para la normalización industrial” y se primeros tiempos se organizó este realmente la más fuerte, hasta el punto de tener sus propias leyes particulares. En 1926, bajo los auspicios de esta organización, conocida entonces como la American Standards Association (ASA), se normalizaron las abreviaturas y símbolos de ingeniería. El AIEE, en cooperación con el ASA, patrocinó en las normas eléctricas AMERICANAS más utilizadas se pueden • National Electrical Code (NEC) • American National The National Electrical Institute of Standards Manufacturers Electrical and − Europea. En 1904 se celebró un congreso eléctrico internacional en St. Louis, que sentó un precedente para posteriores congresos internacionales relacionados con las unidades y normas eléctricas. El congreso recomendó de manera 1928 la elaboración de un glosario de unánime el establecimiento de dos eléctrica. Este trabajo se coordinó con por representantes del gobierno y era términos usados en ingeniería la IEC. comités. El Comité 1 estaba formado responsable de la conversación legal Es interesante observar, que en la de las unidades y estándares. Este básica fue la primera en el orden de convertirse seguida vino la normalización técnica, (GPMU). El Comité 2, del cual se eligió industria eléctrica, la normalización desarrollo y data de antes de 1890. En comité ha evolucionado ahora para presidente La normalización de la manufactura relacionadas vino solamente como resultado de la Primera Guerra Mundial y no entró en responsable Internacional a Lord de con Kelvin, las los era normas productos comerciales usados en la industria eléctrica y se convirtió después en la efecto, sino hasta 1920. 148 la Conference on Weights and Measures con la formación del Comité de Normas del AIEE en 1898. en Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Internacional Electrotechnical Comisión • Union Technique d'Electricité (UTE) Dentro de las normas europeas, las Comisión (IEC) • diferentes símbolos de elementos de (IEC). más conocidas en nuestro país son: DIN, normas Alemanas generales, • International Electrotechnical Mostramos a continuación (Tabla 1.6) dentro de las cuales las normas VDE se mando (Verband Deutscher Elektrotechnoker) las normas Americana y Europea. dedican a los equipos eléctricos y control para control de motores y diagramas de escalera según • British Standard (BS) TABLA 1.6 . Algunos símbolos de control eléctrico en Normas ANSI y NEMA. Electricidad y Electrónica 30 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 150 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 30 Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas − Análisis y comprensión Una vez que hemos identificado cada una de las partes y la simbología que conforman en diagrama de escalera, es conveniente que nos familiaricemos con la interpretación y análisis de este tipo de diagramas. Si bien, no existe una regla para analizar comenzar diagramas, el es análisis conveniente por la parte superior de la escalera y de izquierda a derecha interpretando las funciones de cada elemento y observando las interconexiones que se tienen entre líneas superiores e inferiores. Para ilustrar lo anterior mostraremos el siguiente ejemplo de análisis y comprensión. 9 Una línea de entrada puede alimentar más de una salida, si lo hace, las salidas se conectan en paralelo. 9 Los switches, contactos u otros elementos pueden ser contactos múltiples en conexión serie, paralelo o serie-paralelo. 9 Las líneas están numeradas en forma consecutiva hacia abajo en el lado izquierdo. 9 Cada modo de conexión da un número de identificación único. 9 Las salidas se pueden identificar por su función sobre la derecha, indicando con notas. 9 Un sistema de identificación cruzada se puede incluir a la EJEMPLO. derecha. Los contactos asociados 2.31 se tienen dos líneas funcionales salida En el diagrama de escalera de la figura con las líneas de la bobina o prácticas localización de la línea. En la diagramas de escalera de control se derecha de la línea 1 indica que activas, comunes algunas para de el las formato de los Figura se identifican 1.56 número por 3 a la la ilustran en ella. un contacto normalmente abierto Algunas de las prácticas mencionadas sobre la línea 1) está localizado del son las siguientes: 9 Todas las bobinas, lámparas piloto y salidas, se tienen a la derecha 152 relevador CR7 (la bobina sobre la línea 3. Para un contacto normalmente cerrado, el número puede tener un asterisco (*), o bien, una barra sobre el mismo. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Fig. 2.31. Diagrama de escalera que ejemplifica el análisis. Electricidad y Electrónica 31 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 9 Los contactos de los relevadores están identificados número de relevador más secuencial ejemplo, la por bobina un ha por incluido el contacto CRM; en caso de que otros contactos del relevador CR7 se usaran, se numerarían como CR7.2 y así sucesivamente. Análisis de funcionamiento: Secuencia directa.9 Todos los switches (desconectadores) están abiertos para iniciar, ambas bobinas están fuera (OFF). únicamente. secuencia alternativa, sin embargo, los dos tipos de análisis conducen al funcionamiento correcto del sistema. EJERCICIO. Para el circuito mostrado a continuación, y, sabiendo que es un control de motor por pasos emplea el procedimiento de análisis y comprensión visto en el presente manual y anota tu análisis en las líneas a continuación de la figura. cierra, habilitando la línea 3 (CR8 queda fuera OFF) 9 Cerrando SW3 se energiza CR8 y la lámpara piloto PL1. 9 Abriendo SW1 y SW2 queda todo fuera (OFF). Secuencia alternativa.- 9 Inicialmente se actúa sobre SW3 y no produce energización. 9 Abriendo SW3 cuando todo está 154 podrían PL1, nominado secuencia directa y el otro 7-1 31 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez (ON), y hacer dos tipos de análisis uno de CR7 esta energizada. dentro CR8 Como ha de deducirse, se pueden 9 Se cierran SW1 , SW2 o ambos; 9 Sobre la línea 3, CR (OFF) del número consecutivo, se el fuera quedar Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas RESULTADO DE APRENDIZAJE 2.2. Realizar el montaje de los componentes de un circuito de control electromagnético de acuerdo a diagramas y especificaciones de instalación. 2.2.1. UBICACIÓN Y MONTAJE DE COMPONENTES. • Envolventes. Cuando hablamos de componentes del tipo envolvente nos referimos a aquellos componentes que de alguna manera cuentan con una protección física o carcasa que los protege de la intemperie y los efectos de la misma. Por ejemplo, los motores eléctricos los hay de varios de envolvente o carcasa, desde los descubiertos que están (para parcialmente efectos de ventilación por aire) hasta los que están cubiertos en su totalidad y que Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas son ventilados mediante un sistema de: agua, polvo, aceite, humedad y Las clasificaciones posibles para los Una caja de protección de aplicación envolvente o carcasa se detallan a evitar el contacto accidental con el continuación. aparato protegido. Es adecuado para específico y muy particular. componentes de acuerdo al tipo de componentes incluye elementos de sujeción para los componentes que integran un sistema de control de motores, dichos elementos de sujeción pueden asegurar todas y cada una de las piezas del sistema por ejemplo, conectores, cables, contactos e incluso motores que reduzcan al mínimo las vibraciones del sistema. Aparte de los elementos de sujeción mencionaremos los gabinetes, bases para contactores, rieles de instalación, bases para botoneras, etc., muchas de las bases y gabinetes ofrecen a los de control aislamiento eléctrico al momento de llevar a cabo instalación dispositivos de componentes integradores sistema de control. Así mismo loa gabinetes en y un ofrecen protección mecánica y eléctrica para el operador y el arrancador. Asimismo, los gabinetes están diseñados para proporcionar protección en situaciones 156 generales interiores cuando no esté expuesto a condiciones Como su nombre lo indica, este tipo de la general tiene como fin primordial el aplicaciones − Para propósito general. sistemas lugares peligrosos. de servicio especiales. Una caja de protección tipo 1 sirve para la protección contra el polvo y ligeras salpicaduras indirectas. Cuando deba montarse una caja de protección no ventilada en equipos que consten en parte de dispositivos que necesiten ventilación (tubos electrónicos, resistencias, etc.) estos dispositivos deben estar montados en una parte de la caja que esté ventilada, siempre que sean capaces de trabajar satisfactoriamente y sin peligro cuando estén montados de esta manera. − A prueba de agua. Una caja de protección contra el agua está proyectada para superar la prueba de la manguera que se describe en la siguiente nota. Una caja de protección del tipo 4 es adecuada intemperie para en cervecerías, etc. NOTA. su aplicación muelles, a la lecherías, Las cajas de protección deben ser Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas probadas mediante un chorro de agua. Debe utilizarse una manguera de 25 mm. de tobera y que suministre por lo menos 300 litros por minuto. El agua debe dirigirse a la caja de protección desde una distancia no inferior a los 3 metros durante un período de 5 minutos. Durante este período puede mojarse la caja en cualquier dirección. Bajo estas condiciones no debe producirse ninguna filtración de agua al interior de la caja. Una caja de protección contra el polvo va provista de empaquetaduras o sus equivalentes que impiden la entrada de polvo. Satisface a las características de resistente al polvo. se protección necesite no equipo-que una caja de para un parte de ventilada conste evitar el polvo. − A prueba de lluvia. Una caja de protección resistente a la intemperie tiene como finalidad proporcionar la protección adecuada contra inclemencias atmosféricas determinadas. Es adecuada para su utilización en instalaciones exteriores. Una caja de protección del tipo 3 es adecuada para su aplicación a la intemperie en muelles, compuertas y − A prueba de polvo. Cuando otros lugares donde sea conveniente en trabajo construcción subterráneos y y también túneles. en Satisface también a las características de a prueba de salpicaduras, a prueba de intemperie, a prueba de escarcha, a prueba de humedad y a prueba de lluvias. − A prueba de explosión. dispositivos que deban ser ventilados Una caja de protección del tipo 10 dichos requisitos (tubos electrónicos, resistencias, etc.) dispositivos deben ser montados en una parte vigilada de la caja, siempre que sean capaces de trabajar peligro satisfactoriamente alguno cuando y estén sin así montados. Para cajas de protección que se adapten a las situaciones clase está proyectada para cumplir los explosión Boureau de resistencia especificados of Mines que a por la el pudde presentarse de tiempo en tiempo, es decuado para ser utilizado en las minas de carbón. Todos y cada uno de los II del National Electrical Code. componentes dentro de este tipo de en fundiciones, molinos de cemento y instalados en palntas industriales La caja de protección tipo 5 se utiliza protección Electricidad y Electrónica pueden incluso ser P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas donde se manejen elementos o construido con materiales adecuados ya que, debido a la protección de Los riesgo de chispas hacia ek exterior y fácil acceso y dispuestos de forma tal o hacia donde se estén manejando que no sean perjudicados por el pasaje proporciona Frente a todo tablero deberá dejarse un sustancias propensas a la explosión tales dispositivos no se corre en las sustancias ya que, el gabinete protección hacia tablero todo agrupamiento dentro de adecuada relés, medida o cualquier otro implemento eléctrico comando maniobra, protección o de de aparatos de destinado controles instalaciones. a y Estos tableros en general se ajustaran a lo establecido en la Norma IEC 439 que regula el equipamiento de bajo voltaje construido en fábricas. En el origen de toda instalación y lo mas cerca posible del punto de alimentación a la misma, se colocará un tablero de distribución en el que se dispondrá un interruptor general de corte omnipolar, dispositivos de así como protección los contra cortocircuitos y sobrecarga de cada uno de los circuitos que partan de dicho 158 tablero. El tableros deberán resultar ubicados en lugares de rápido de personas o cosas. viviendas y oficinas se podrá admitir Queda definido dentro del concepto de interruptores, y medido desde la parte mas saliente (en • Tableros eléctricos. envolvente módulos espacio libre de por lo menos un metro adentro como hacia afuera. una no inflamables. tablero hasta 0,80 m). La misma distancia deberá dejarse frente a todos los planos que den acceso al tablero. La distancia entre Tableros que se encuentren enfrentados, contada también desde la parte más saliente, no podrá ser inferior a 1,50 m. Deberá tableros evitarse en zonas afectados por: vibraciones que servicio del substancias la ubicación o ambientes humedad, puedan tablero, de polvo, afectar existencia combustibles, el de vapores, temperatura ambiente superior a 50ºC, aguas limpias o servidas u otros elementos como los que resultan de tintorerías, matanza, curtiembres, cocimientos, playas de lavaderos, garages, cámaras frigoríficas, locales con emanaciones de vapores o gases corrosivos e industrias similares. Si no estará Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas fuera posible, se deberá plantear la solución adecuada en el proyecto. La altura máxima de los implementos, de maniobra de los distintos tipos de tableros, será de 2 m. medidos desde el suelo, y la altura mínima de 0,25 m. Este plano se complementará con una implementos hará Todos los fusibles, de aparatos maniobra de o que planilla en la que ordenadamente, se una relación de tableros, consten los tableros, deberán resultar ubicación de cargas, líneas, ramales y instalados de forma ordenada y que derivaciones. observación u operación. tableros asegure una fácil sustitución, Junto a cada tablero y en un lugar bien visible, deberá colocarse un plano 32 www.siemens.com.mx/A&D/EN/t_nav221.html Las envolventes y estructuras de los serán dimensionadas para soportar las solicitudes eléctricas y mecánicas a las que estarán sometidas esquemático de la instalación, en la Cuando que cargas, conductoras deberá existir continuidad tableros, secciones de ramales y líneas eléctrica entre las partes móviles y principales, etc. fijas, estando todas puestas a tierra consten ubicación de se trate de envolventes correctamente. A continuación se muestran distintos tipos de tableros eléctricos en las figuras 2.31 y 2.32 para distintas aplicaciones. Electricidad y Electrónica Fig. 2.31. Tableros de control tipo consola. 32 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas técnica de un tablero de control debe contener: a) Descripción General, la cual define el objetivo fundamental tablero, condiciones de uso del ambientales y geográficas del lugar de instalación. b) Instrumentación Requerida, incluyendo tipo, cantidad, modelo, características marca, físicas, mecánicas, eléctricas y de localización, normas de referencia, y partes de repuesto para cada instrumento; así como la documentación esperada de la • Tableros de control. La elaboración de la especificación técnica de un tablero de control es una tarea indispensable para comunicar al fabricante las características constructivas y operativas básicas que se esperan obtener en el producto final. Además, es el documento que más fielmente resume el desarrollo de la ingeniería básica del tablero. Aunque para algunos grupos de trabajo parezca redundante presentar la misma especificación información técnica que en una en un diagrama esquemático, lo cierto es que existen muchos detalles propios de cada tipo de documento, lo cual hace variar su uso por el punto de vista bajo el cual cada uno fue creado. Las siguientes líneas muestran los ingeniería ubicación, detalle. Además leyendas, tamaños, materiales, y medio de iluminación de las ventanas de anunciadores. c) Tablero de control, indicando materiales, procedimientos de unión, pintura, acabados, compartimientos de acceso y ventilación, estructuras de soporte y anclaje, preparaciones para el alambrado y ubicación del equipo de interfaz; así como las normas aplicables y la documentación esperada del fabricante. En el caso de los mímicos se deberá incluir en forma adicional a lo anterior: curvatura, 33 www.siemens.com.mx/A&D/EN/t_nav221.html dimensiones ubicación de generales, lista instrumentos, y y la representación gráfica del proceso que deberá contener el frente del tablero. puntos mínimos que la especificación 160 de Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas d) Métodos de Inspección y Prueba, 5. Los "breakers" se probarán mencionando las pruebas en fábrica y manualmente antes de instalarse. en 6. Verificar la escala de cada medidor, campo más importantes, los procedimientos de inspección visual, y así como su buen estado, aún después los criterios de aceptación y rechazo. de su e) manejo e instalación. Apéndices, en donde deberán incluirse los diagramas esquemáticos, las hojas de datos de instrumentos, y las leyendas de las ventanas de los Checar las siguientes zonas justo antes de alambrar. 1. Soldaduras anunciadores. 2. Pintura Como parte de las recomendaciones se general inspección visual al tablero justo antes información del compañía diseñadora del tablero serán encuentra la montaje 3. Goznes, puertas y articulaciones en realización de de una instrumentos y 4. Las especificaciones técnicas y la proporcionada por la alambrado de los mismos, y como empleadas producto terminado. pruebas e inspección. Inspección previa al montaje de los instrumentos Inspección terminado: contacto en todos los conmutadores y así botones pulsadores de acuerdo a los referidos a las hojas del fabricante y/o digitales). 2. de movimiento sin adherencias de los anunciadores. conmutadores momentáneos y botones 3. La ubicación de los instrumentos y 3. Cada dispositivo debe cumplir las 4. Verificar la cantidad de instrumentos características de la lista de materiales. instalados 4. Las luces se probarán sometiéndose materiales 1. Checar diagramas la de operación alambrado de cada (entradas 2. Checar la acción regresiva y libertad pulsadores. al voltaje de operación. como guía visual durante del las producto 1. Checar los detalles de construcción, como dimensiones del tablero diagramas esquemáticos. Verificar placas nominativas y gravados en general, incluyendo los demás dispositivos de control. contra incluidas especificación técnica. Electricidad y Electrónica las listas de en la P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Los primeros tableros simplemente estado de la planta durante cualquier modo de operación de la misma. La alojaban instrumentos y los mantenían información mostrada es claramente protegidas, punto del área principal de un cuarto convenientemente localizados en áreas pero satisfacían las difícilmente necesidades de los que se operadores y sí generaban dificultades en su mantenimiento, así visible desde prácticamente cualquier de control. decidió hacer que el frente de los tableros funcionara como interfaz con el operador, y la parte posterior como interfaz de mantenimiento. Más tarde se descubrió que no todos los instrumentos tenían la misma frecuencia de atención del operador, por lo que los registradores y contadores se colocaron en tableros verticales en la parte trasera del cuarto de control, y los controladores y botoneras se pusieron en consolas, donde un operador sentado podría comandar más eficientemente el proceso. Así como éstas, cientas de modificaciones se han llevado a cabo a través del tiempo hasta llegar a los nuevos tableros con grandes despliegues, los cuales se localizan detrás de una consola de control principal provista con estaciones de trabajo. Este tipo de tableros proporciona información general del 162 Electricidad Industrial Fig. 2.33. Características principales de los tab 34 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Los tableros de grandes despliegues (figura 2.33) están configurados a base de: una sección mímica compuesta, otra para el despliegue gráfico de variables, un circuito cerrado industrial de TV, y un cuadro de alarmas, separado por sistemas, especial para variables críticas. La base del tablero esta compuesta por monitores planos basados en microprocesadores. La sección mímica contiene información del ciclo de generación como: sistemas alimentación, de agua condensado, circulación, vapor agua de de principal, turbogenerador, balance de planta, y de los sistemas de trasmisión de potencia. La parte superior del mímico está dedicada anunciadores al donde cuadro se de pueden observar los niveles de alarma que afectan la disponibilidad y seguridad de la planta. 34 www.tecnocienciaelectrónica.com • Gavetas. Una gaveta es un cajón corredizo que generalmente está referido a un centro de control de motores CCM, es decir, es una estructura metálica de tamaño considerable en donde se ubican varias gavetas de tipo corredizo y dentro de cada gaveta se encuentra una serie de dispositivos para controlar un motor electrico, es decir, en ellas pueden estar colocados drivers, unidades de disco, memorias, switches elementos u otros electrónicos intercambiables, recargables o para su reparación, así como arrancadores electromagnéticos, contactores, etc. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Esta gaveta, en términos coloquiales, puede considerarse como una “charola” o “bandeja” desplazable. La bandeja es receptora de todos los elementos de maniobra y protección, y está constituida por una estructura de chapa rígida e indeformable, que se apoya sobre una base guiada por un perfil y posee un dispositivo que ubica a la misma posiciones: en tres diferentes Insertada: los circuitos de potencia y auxiliares están conectados como se ve en la Fig. 2.34, donde se muestra un corte de perfil del gabinete principal y donde las flechas indican el sentido en el que son desplazadas las gavetas (hacia fuera) del gabinete principal. Podemos imaginar estas gavetas como si fuesen cajones de escritorio donde se almacenan archivos o documentos de interés. Las gavetas deben ser extraibles para facilitar el mantenimiento. • CCM El Centro de Control de Motores, más conocido por la sigla CCM, se utiliza para el comando y protección de motores asincrónicos trifásicos hasta potencias medianas y circuitos de consumos varios. Puede realizarse con equipamientos bandejas montados extraíbles o fijas. sobre Estos pueden ser: interruptores en aire o en caja moldeada, seccionadores, fusibles, contactores, relés, arranques suaves, variadores de velocidad, etc. El Centro de Control de Motores de baja tensión tipo WMD está formado por un conjunto de secciones verticales independientes, cada una de las cuales está, a su vez, constituida por 34 www.tecnocienciaelectrónica.com elementos prearmados. Estas columnas – unidas entre sí por medio de bulones 164 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas – están subdivididas en un número 1 Elaborar una lista de los motores que para motor: variables de compartimientos aptos contener extraíbles, gavetas de estandarizadas. fijas o dimensiones Los embarrados, estarán en el CCM indicado para cada - potencia en Hp o kW. - voltaje de operación. unidades funcionales y bornes para - corriente nominal a plena carga. en espacios separados entre sí. - si tiene movimiento reversible conexión de cables externos, se alojan Es esencialmente un tablero que se usa en primer término para montar las componentes del alimentador de los motores y de sus circuitos derivados. - forma de arranque - lámparas de control e indicadoras La ventilación natural se efectúa por medio de rejillas, situadas de control de motores depende del espacio que tome cada una de sus componentes, de manera que si el diseñador sabe que componentes se incluirán, se puede diseñar el centro de control de motores. compartimiento de cables exteriores. Algunos ejemplos de centro de control de motores se muestran en las figuras 2.35 y 2.36, siendo el primero de tamaño reducido para aplicaciones de baja tensión y el segundo de uso industrial para aplicaciones tensión. El centro de control de motores ofrece las siguientes ventajas: Permite que control se peligrosos. • los alejen aparatos de de lugares Permite centralizar al equipo en el lugar mas apropiado. • Facilita el mantenimiento y el costo de la instalación es menor. Para diseñar el centro de control de motores se debe tomar el compartimiento superior e inferior y el El número de secciones en un centro • en en consideración la siguiente información: Fig. 2.35. CCM para aplicaciones de baja tensión. 36 Electricidad y Electrónica alta P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 2. Define lo que es una gaveta. 3. Define lo que es un centro de control de motores CCM. Fig. 2.36. CCM para aplicaciones de alta tensión 37 Preguntas36,de repaso. 37 1. Define lo que es un tablero de control. 166 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Realización del ejercicio Competencia lógica Establecer los criterios de selección de la herramienta para el montaje de los controles. a) Organícense cinco en equipos personas y piden de un diagrama de control eléctrico al 2.2.2. PSP. b) Armen el diagrama en y cada uno de los dispositivos, materiales y herramientas necesarios para implementar el circuito de control con base en especificaciones de fabricantes y manuales. c) Establezcan selección materiales los para criterios de selección de y herramientas necesarios para implementar el circuito de control. d) En hojas de rotafolio, elaboren un cuadro sinóptico que resuma todos y cada uno de los criterios empleados. e) Expongan sus láminas ante el grupo y unifiquen criterios. • Interpretación de diagramas. el laboratorio seleccionando todos CABLEADO. Para realizar la lectura e interpretación de diagramas se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: • Se debe ser analista, detallista, trabajar con mucha ética, con precisión y sin errores. • Un plano bien ejecutado tiene una serie de números y letras que significan: • Los números del lado izquierdo: Significan las proyecciones o ramales del circuito de control. • Los números del lado derecho: Significan las proyecciones donde están ubicados los contactos NC - NO que pertenecen a dicha bobina y se colocan frontal a la bobina que se estudia. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Nota: Si el número tiene una raya sobre Un estudio cuidadoso de los diagramas N.C complicados tienen varios de estos él, el contacto será (Normalmente cerrado); número no tiene raya será Si el N.O (Normalmente abierto). no saber que los circuitos más hilos o líneas estiradas y que cada uno de ellos es un pequeño circuito en sí Se debe comenzar la lectura del plano, mismo. Para leer un esquema en línea, ubicándose en todos los ramales y comenzaremos líneas a donde llega el voltaje y la izquierda de la línea superior y la explicación comenzará en el ramal o seguiremos hacia la derecha. Si un Para ilustrar lo anterior mostraremos el pasará por él; si está cerrado, la EJEMPLO. bobina u otro dispositivo en el circuito, dispositivo que se energice. siguiente ejemplo. Sea el circuito de la figura 2.37. en la parte de la contacto está abierto, la corriente no corriente pasará, A fin de excitar la será necesario que cada contacto e Supongamos que tenemos una parte interruptor del circuito de control que comienza en constituir un camino completo. En la línea 1 y continúan a través de cada otras palabras, si hay un contacto contacto, interruptor y bobina hasta abierto, la bobina estará inactiva; si no contactos, bobinas los contactos y los interruptores están están libres de sus montajes y él hilo representados en su posición normal, o está desconectado en el extremo, se sea desactivados. que se llega a la línea 2. Si todos los interruptores y puede tomar cada extremo del hilo y estén cerrados lo hay, será excitada. Recordemos que estirarlo. Entonces tendríamos un hilo recto, interrumpido en algunos sitios en por los contactos, interruptores y bobinas. Esto es lo que se representa en un esquema en línea. Cada línea desde L1 hasta L2 representa un hilo y sus componentes asociados tal como aparecería si se le estirase de la Fig. 2.37 . Diagrama para ejemplificar la interpretación. 38 manera antes dicha. 168 para Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Los símbolos utilizados en los 38 Experimentos con equipo eléctrico. Wildi- de diagramas esquemáticos deben tener algún medio de indicar lo que activan y los componentes que se encontraran en ellos. Como los tenemos colocados en su posición eléctrica en lugar, de su posición física o geométrica en el circuito, los diversos contactos de un relé pueden estar separados o repartidos entre un extremo y otro del esquema. A fin de identificar la bobina del relé y sus diversos contactos, Cuando no haya norma de uso para el ponemos una o varias letras en el significado de estas letras, la mayoría círculo que representa la bobina (fig. de diagramas tienen una clave paulista 2.38). evitar lo que significan las letras, y Cada uno de los contactos que son generalmente accionados o activados por esta bobina nombre del dispositivo. Por ejemplo, escritas para indicar la bobina de un relé de tendrá la letra o letras de la bobina al lado del símbolo del éstas se toman del las letras RC se emplean generalmente contacto. Algunas veces, cuando hay control. varios contactos activados por una frecuentemente para indicar el número de contacto., utilizan para indicar un interruptor del izquierda a derecha en el relé. hay que representar en un diagramas bobina, se añade un número a la letra que generalrnente se cuenta de Las interruptor letras de IF para flotador. se utiliza indicar Las IL un se límite. Muy frecuentemente, cuando de control varias bobinas de un arrancador de motor, como ocurre en un circuito para funcionamiento secuencial de varios motores, la bobina del arrancador se puede indicar por las Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas letras M1, M2, M3, etc., hasta el número total de motores. • Planeación. Los circuitos de control se diseñan o proyectan muy pocas veces como unidad completa. En lugar de esto se van desarrollando por etapas sucesivas cada una de las cuales provee la función de control que se desea realizar con ella. Es lo que se hace cuando se escribe una carta, en la que se procede, párrafo por párrafo hasta expresar la idea en el papel. El mismo procedimiento se debe seguir para desarrollar un circuito de control. Lo primero será concebir la idea del conjunto de todas las funciones de control de modo que se efectúe cada función en su dependencia correcta con las otras funciones que debe realizar el circuito. Para empezar una correcta planeación, diseño o proyecto debemos considerar que hay dos tipos básicos de circuitos de control: los tres hilos y los de dos hilos. Estas designaciones derivan del 39 Experimentos con equipo eléctrico. Wildi- de hecho de que a la bobina del contacto, llegan tres hilos en el primer caso y dos en el segundo (figura 2.39). El circuito de control con tres hilos requiere que dispositivo piloto primario sea del tipo de contacto momentáneo, tal como los pulsadores de contacto momentáneo. Los dispositivos de contacto permanente con mantenido tales como los interruptores del límite y los interruptores de flotación se pueden utilizar en varias partes del circuito para complementar a los dispositivos del mando primario, de arranque y parada. Éste tipo de control se caracteriza por el uso de un contacto auxiliar en el contacto para mantener cerrado el circuito de la bobina durante el tiempo en que el motor está en marcha funcionamiento normal. 170 Electricidad Industrial buen P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Todos los circuitos de control, añadirlos sucesivamente al circuito de control en el mismo orden que el que su tiene su secuencia de funcionamiento. ampliaciones de los dos tipos básicos y contacto o cada pulsador hay que nuestra de comprobar que el funcionamiento del estos circuitos básicos para el control que no sea impedido el funcionamiento deseado de un motor o de varios de algún componente de control ya motores existente. independientemente de complejidad, son simples variaciones y 40 Experimentos con equipo eléctrico. Wildi- de intención será la transformar y ampliar cada uno de mediante la adición de pulsadores o de contactos activados por uno o más dispositivos de control. Para esto es recomendable utilizar el esquema explicativo o en línea para desarrollar todos los circuitos de control a causa de que éste tipo de esquema se presta con más facilidad al estudio y preparación de los circuitos de control. El método más sencillo para el desarrollo de un circuito de control es comenzar por la bobina del contactor y Después de añadir en el circuito cada circuito sea el correcto, comprobando • Ruteo en campo Por “ruteo” debemos entender el seguimiento de conexiones y cableado de las mismas a través de un sistema de control y no sólo en panel de conexiones si no que, nos referimos al seguimiento del tendido de cables en una instalación industrial. En primer lugar debemos seleccionar un punto de partida para comenzar el seguimiento de la instalación que, generalmente, se comienza en el panel de distribución o de control principal. los dispositivos contra las sobrecargas. A quién prefiere comenzar desde el primario para el arranque y parada del controlados desde la unidad remota y a consiste y generalmente en pulsadores alambrado hasta llegar al panel de Se añade el dispositivo o piloto motor, que en un circuito de tres hilos arranque y parada utilizados conjuntamente con el contacto auxiliar del contactor. Cuando haya una secuencia definida para la actuación de diversos componentes de control, habrá que motor o motores que están siendo partir de ahí comenzar a “seguir” el distribución. En cualquiera de los dos casos debemos seguir las recomendaciones siguientes: 1. Identificar el código de colores empleado en el cableado (de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 2. 3. 4. 5. 6. preferencia deberá usarse código OSHA). Manejar las simbología de planos y diagramas (NEMA/DIN ó ASA) Utilizar la ropa y equipo de seguridad necesario Si no se tiene el código de colores adecuado deberá identificarse cada terminal del cable “ruteado” con alguna clave que ayude a identificar de manera rápida y clara de que cable se trata y a dónde va. Si la identificación del cable resulta demasiado compleja, desenergizar (si es posible) y utilizar un zumbador para ir siguiendo el cable. Señalar los cambios y anotar observaciones en una copia del plano original, es decir, si existen diferencias entre el plano original y el cableado deberán indicarse éstas en la copia del plano o bien en un apartado especial. Pueden seguirse muchas otras recomendaciones pero en todos los casos nos ajustaremos a todas y cada una de las políticas que rijan en la empresa al momento de levantamiento empleando los de la hacer el información formatos necesarios que implique cada caso. a) Reúnanse en parejas y, con base en distintos diagramas control determinen electromagnético, el conexiones de tipo de necesarias para implementar dichos diagramas. b) Determinen los requerimientos eléctricos del sistema como: voltajes y corrientes de carga, calibre de conductores, tipo de fusibles, etc. c) Con base en los datos del inciso (b) determina, con ayuda de manuales, los tipos arrancadores, protecciones, de relevadores, sensores y los elementos que sean necesarios para implementar los diagramas. d) En hojas de rotafolio, realiza los diagramas todos y de conexiones cada componentes uno de del de los sistema implementado, indicando el tipo de Realización del ejercicio arrancador, protección, conductores, etc. relevador, calibre de e) Muestra tus hojas al grupo y Competencia analítica. Interpretar planos, elaboren diagramas e conjunto. información técnica sobre controles electromagnéticos. 172 Electricidad Industrial conclusiones en P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas coméntenlas de manera grupal. Realización del ejercicio. Realización del ejercicio Competencia emprendedora. Obtener el carácter para supervisar las diferentes construcción etapas de los de Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.5 “Lectura e interpretación de diagramas de línea (escalera) y cableado” ubicada en la pág. sistemas eléctricos. a) Reúnanse en parejas y elaboren un cuadro sinóptico donde se muestren las siguieron etapas durante implementación de que las los distintos diagramas de control anteriores. b) Indiquen todas y cada uno de los criterios empleados en la selección formas de de componentes, conexión y elaboración de diagramas de conexiones y la manera de cómo verificaron el cumplimiento de cada uno de c) ellos. Realicen conclusiones de las actividades realizadas y 2.2.3. OPERACIÓN DEL SISTEMA. Para garantizar el funcionamiento óptimo de un sistema cableado de control electromagnético se realizan diferentes pruebas sin embargo, podemos clasificar las en dos grupos principalmente: pruebas de cableado y pruebas de operación. • Pruebas de cableado. − De continuidad. Una de las pruebas que se deben hacer para determinar la condición de los cables o conductores, o bien, si los contactos están abiertos o cerrados en los switches o desconectadores que forman parte de un circuito es una prueba de continuidad. Esta prueba Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas involucra el uso de un óhmetro o una lámpara de prueba. Previo a la prueba, el medidor se coloca en cero. Los dedos se deben mantener retirados de las puntas de prueba, ya que el cuerpo humano introduce cierta cantidad de resistencia. Asegúrese que se ha retirado la energía del circuito por medir. La resistencia medida por el óhmetro debe ser casi cero, en caso de que el contacto o el fusible esté en buenas condiciones. Si el instrumento de medición índica infinito, significa que el Fig. 2.40 . Conexión apropiada de multíme probar continuidad. 41 alambre, conductor o el fusible está abierto y, entonces, debe ser reemplazado. Algunos probadores de continuidad pretenden tiene la opción de indicar el estado de un dispositivo de manera audible, es conductor se decir, si un encuentra en cable o estado óptimo el instrumento de verificación produce un sonido indicando así el buen estado del dispositivo. En la figura 2.40 se muestra un modo de conexión de un multímetro con el objeto de probar la continuidad; el primer caso muestra un medidor analógico y en el segundo se muestra un medidor digital. 174 − De Tensión. La mayoría de los circuitos y dispositivos se pueden probar con un vóltmetro mientras estén conectados a otros componentes. En la mayoría de los casos, este es uno de los tipos de prueba preferidos. Lo más recomendable en esta prueba es que se debe estar atento con el voltaje que está alrededor del mismo, ya que si se tiene contacto con las terminales de Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas prueba, se puede tener un shock severo. espera medir". AIgunas veces quizás no En la figura 2.41, se muestran los se tenga idea de qué magnitud se va a diagramas de tres métodos de probar medir, por lo que se debe poner en su ajuste o rango más alto. El vóltmetro voltaje, en cualquier caso, "cuando 41 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez deba hacer asegúrese pruebas que el de voltaje, vóltmetro esté debe tener escalas para corriente alterna (CA) y corriente directa (CD), en ajustado para el rango de voltaje que el caso de que no se tenga idea de qué es mayor que el voltaje que se se va a medir, colóquelo en el rango más alto de CD. Para el caso (a) de la figura 2.41 tenemos que el voltaje es trifásico y por lo tanto se debe probar el voltaje entre las fases A-B, B-C y A-C. ¡NO OLVIDE TENER ABIERTO EL DESCONECTADOR AL MOTOR DURANTE LA PRUEBA! Con esta prueba (caso (b) de la figura) se puede tener la localización exacta de un conductor o a través de un grupo de contactos abiertos. En esta prueba una terminal de vóltmetro se coloca como punto de referencia y con la otra se hace la exploración. Electricidad y Electrónica Fig. 2.41. Pruebas con el vólmetro. (a) Prue P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas óptima el proceso. Algunas de las pruebas más comunes para motores son las siguientes. Para determinar si un grupo de contactos están abiertos o cerrados, al colocar las terminales del vólmetro directamente a través del grupo de contactos, éste debe mostrar que el voltaje está presente. “Si los contactos están abiertos hay indicación de voltaje” “Si el vólmetro indica 0, los contactos están cerrados” La figura 2.42 muestra cómo debemos conectar un vólmetro para comprobar el estado de los contactos. Si deseamos comprobar una línea de alimentación con un vólmetro este último deberá conectarse como se muestra en la figura 2.43. 42, 43 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez • Pruebas de operación. Antes de poner a funcionar un sistema de manera permanente en un proceso de producción deben realizarse un gran número de pruebas o ensayos en los motores que están instalados en el sistema y verificar todos y cada uno de los parámetros de importancia o que sean de interés para realizar de manera 176 Fig. 2.42. Conexión de un vólmetro para verificar el estado de unos contactos. 43 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Si de motores se trata el ensayo o 44 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez prueba en vació debe hacerse con Fig. 2.43. Comprobación de una línea de alimentación utilizando un vólmetro. 44 tensión y velocidad nominales, normalmente ejecutado en los dos sentidos de rotación del motor, se notan los valores de la corriente del − En vacío. La prueba en vacío se refiere a hacer funcionar el sistema sin ningún tipo de carga, es decir, será suficiente con poner en marcha el sistema y los motores y verificar todos y cada uno de los circuitos de mando y accionamientos de potencia. OJO, es recomendable que se tenga un sistema o circuito de desconexión maestro que pueda accionarse de manera inmediata y con el objeto de desenergizar el circuito de manera general en caso de que algo salga mal. inducido, tensión y corriente de campo. Como ejemplo citaremos un ensayo en vació para un alternador y los parámetros que deben tomarse en cuenta para tal efecto. En primer lugar por característica de vacío se entiende, la curva que representa la f.e.m. en función de la corriente de excitación, girando el alternador a velocidad constante. Para realizar la prueba deberá armarse el circuito de la figura 2.44. Fig. 2.44. Conexiones para el ensayo de vacío de un generador auto-excitado 45 Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Esta prueba se realiza conectando todas y cada una de las cargas que va a controlar el sistema ya sea que mueva máquinas del tipo mecánicas o bien a veces los motores se acoplan a generadores, ya sea de voltaje ca o bien de voltaje en cd. Los datos y medidas necesarios son los siguientes: 1. Tomar nota de los datos de la placa de características de la máquina 2. Medir la resistencia cómica del bobinado inductor 3. Calcular la intensidad máxima Iex, que absorberá el circuito inductor 4. Elegir el reóstato adecuado a la intensidad de excitación 5. Elegir el puente rectificador adecuado a la intensidad máxima de excitación 6. Colocar los instrumentos de verificación y medida adecuados al tamaño dela máquina 7. dar la velocidad nominal, procurando el cebado del alternador, una vez alcanzado, conseguir en sus bornes, valores de tensión suficientes para construirla curva de vacío. 8. Tomar nota de los valores obtenidos y elaborar una tabla. • Puesta en marcha 178 Resumen Competencia para la vida. Fortalecer la autoestima durante el aprendizaje de la instalación de controles. a) Realiza un resumen en tu cuaderno o libreta de apuntes Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas de todas y cada una de las actividades proyectar, implementar realizadas y al seleccionar, verificar los elementos de un control de motores. b) Destaca la importancia de cada una de las actividades anotadas en tu resumen. c) Comenta con tus compañeros de grupo tus anotaciones y las de los demás llegando a un consenso en sus comentarios. d) Aplaudan todos y cada uno de los resúmenes de tus compañeros al momento de ser comentados por todo el grupo. Realización del ejercicio. Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.5 “Lectura e interpretación de diagramas de línea (escalera) y cableado” ubicada en la pág. PRÁCTICAS Y LISTAS DE COTEJO Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Unidad de 2 aprendizaje: Práctica número: 4 Nombre de la Operación de relevadores y práctica: contactores electromagnéticos Propósito de la Al finalizar la práctica, el alumno operará dispositivos relevadores y práctica: contactores electromagnéticos de acuerdo a sus características en manuales Escenario: Laboratorio. Duración: 4 hrs. de fabricantes. Materiales 180 Maquinaria y equipo Electricidad Industrial Herramienta P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Botón rojo • Botón negro • Multímetro digital. • Zumbador de prueba • 2 contactor electromagnético • • Desarmador de cruz • Pinzas de electricista • • Relevador de retraso de • tiempo • • Resistencia de alambre 10 • ohms • Resistencia de alambre 100 ohms • Resistencia de alambre 1000 ohms • Capacitor electrolítico 1000uF • Diodo de silicio • Contactores NA • Contactores NO • Manuales de contactores y relevadores Procedimiento Electricidad y Electrónica Desarmador plano Pinzas de presión Pinzas de punta Llaves allen Extractor P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. 1. Tener listos los manuales de fabricantes relevadores y contactores Precaución. ¡En este experimento de laboratorio se utilizan altos voltajes! ¡No haya conexiones con la fuente de energía encendida! ¡ Asegúrese de colectar la terminal de tierra de la fuente de energía con todos y cada uno de los componentes! 182 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollo de la práctica: 1. Arma el circuito de la figura 1. 2. Enciende la fuente y gradualmente aumenta el voltaje hasta que el contactor “A” opere 3. Repite la operación al menos tres veces y anota el voltaje y la corriente justo antes del operación del contactor. 4. Gradualmente disminuye el voltaje hasta que el contactor se desactive 5. Repite la operación al menos tres veces anotando el voltaje y corriente justo antes de que el contactor se desactive 6. Por el voltaje en 0 y apaga la fuente de energía 7. Cambia el rango del vólmetro a 250 Vac 8. enciende la fuente de energía y ajústala a un voltaje de 120 Vac o bien al valor nominal del voltaje de operación de la bobina 9. mide ahora la corriente de la bobina 10. Coloca el voltaje a 0 y apaga la fuente 11. Cambia el rango del medidor de corriente a 10Aca 12. Sostén la armadura para impedir que cierre 13. Enciende la fuente de energía en 120Vac 14. Rápidamente mide la corriente de pico de la bobina 15. Coloca el voltaje en cero y apaga la fuente 16. Cambia el contactor “A” por el contactor “B” y realiza las mediciones anteriores anotando tus resultados en la siguiente tabla. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 17. Anota las especificaciones de corriente y voltaje de los contactos 18. Anota la carga que puede controlar cada par de contactos 19. Anota el valor de carga total que puede controlar el contacto con los cuatro pares de contactos 20. Arma el circuito de la figura dos poniendo especial cuidado en las polaridades correctas del diodo y el capacitor. 21. Enciende la fuente de energía y ajústala exactamente a 100 volts de cd. 22. Oprime el botón de presión y toma nota del voltaje que indica el vólmetro conectado a través de C1. 23. Oprime el botón de descarga hasta que el vólmetro indique 0 volts 24. Repite los puntos 22 y 23 cuatro veces más y llena la siguiente tabla utilizando la ecuación t = (1000/RC/Es)Ec donde: t = tiempo en ms RC = (200)(1000uF) = 0.2 Es = 100Vcd Ec = voltaje del capacitor 25. Baja el voltaje a 0 y apaga la fuente. 26. Calcula el tiempo promedio de operación del botón de presión. 27. Armar el circuito de la figura 3 184 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 28. Enciende la fuente y ajústala la exactamente a 100 volts de cd 29. Oprime botón de presión y toma nota del voltaje indicado por el vólmetro a través de C1 30. Oprime el botón de descarga hasta que el vólmetro conectado a través de C1 indique cero volts. 31. Repite los puntos 29 y 30 4 veces más anotando los resultados en la siguiente tabla. 32. Coloca el voltaje en 0 y apaga la fuente 33. Calcula el tiempo promedio de operación. 34. Guarda los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 35. Limpia el área de trabajo. 36. Elabora un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones 37. Elaborar un informe individual del análisis de los manuales, realizados, las observaciones y las conclusiones Electricidad y Electrónica incluyendo los procedimientos P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lista de cotejo de la práctica Operación de relevadores y contactores electromagnéticos número 4: Nombre del alumno: A continuación se presentan los criterios que van a ser Instrucciones: verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Armó el circuito de la figura 1. 2. Encendió la fuente y gradualmente aumentó el voltaje hasta que el contactor “A” operó 3. Repitió la operación al menos tres veces y anotó el voltaje y la corriente justo antes de la operación del contactor. 4. Disminuyó gradualmente el voltaje hasta que el contactor se desactivó 5. Repitió la operación al menos tres veces anotando el voltaje y corriente justo antes de que el contactor se desactivara 6. Puso el voltaje en 0 y apagó la fuente de energía 7. Cambió el rango del vólmetro a 250 Vac 8. Encendió la fuente de energía y la ajustó a un voltaje de 120 Vac o bien al valor nominal del voltaje de operación de la bobina 9. Midió la corriente de la bobina 186 Electricidad Industrial Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 10. Colocó el voltaje a 0 y apagó la fuente 11. Cambió el rango del medidor de corriente a 10Aca 12. Sostuvo la armadura para impedir que cerrara 13. Encendió de la fuente de energía en 120Vac 14. Midió la corriente de pico de la bobina de manera rápida 15. Colocó el voltaje en cero y apagó la fuente 16. Cambió el contactor “A” por el contactor “B” y realizó las mediciones anteriores anotando sus resultados en la tabla correspondiente. 17. Anotó las especificaciones de corriente y voltaje de los contactos 18. Anotó la carga que puede controlar cada par de contactos 19. Anotó el valor de carga total que puede controlar el contacto con los cuatro pares de contactos 20. Armó el circuito de la figura dos poniendo especial cuidado en las polaridades correctas del diodo y el capacitor 21. Encendió la fuente de energía y ajustar la exactamente a 100 volts de cd. 22. Oprimió el botón de presión y tomó nota del voltaje que indicó el vólmetro conectado a través de C1. 23. Oprimió el botón de descarga hasta que el vólmetro indicó 0 volts 24. Repitió los puntos 22 y 23 cuatro veces más y llenó la tabla correspondiente. 25. Bajó el voltaje a 0 y apagó la fuente. 26. Calculó el tiempo promedio de operación del botón de presión. 27. Armó el circuito de la figura 3 28. Encendió la fuente y ajustó exactamente a 100 volts de cd 29. Oprimió botón de presión y tomó nota del voltaje indicado por el vólmetro a través de C1 30. Oprimió el botón de descarga hasta que el vólmetro conectado a través de C1 indicó cero volts. 31. Repitió los puntos 29 y 30, 4 veces más anotando los resultados en la tabla correspondiente 32. Colocó el voltaje en 0 y apagó la fuente 33. Calculó el tiempo promedio de operación. 34. Guardó los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 35. Limpió el área de trabajo. 36. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Observaciones: PSA: Hora de Hora de inicio: término: Unidad de 2 aprendizaje: Práctica número: 5 Nombre de la Lectura e interpretación de práctica: diagramas de línea (escalera) y 188 cableado. Electricidad Industrial Evaluación: P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Propósito de la Al finalizar la práctica el alumno interpretará distintos diagramas para el práctica: control de motores mediante el uso de simbología en diagramas de línea o Escenario: Laboratorio. Duración: 4 hrs. escalera y diagramas de cableado. Materiales • Maquinaria y equipo Manual de simbología americana • Manual de simbología europea • • • • • Diagramas de escalera Diagramas de alambrado Lápices Goma Hojas blancas Procedimiento Electricidad y Electrónica Herramientas P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. 1. Tener listos los manuales de simbología americana y europea 190 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollo de la práctica: 1. Para el diagrama de línea de la figura 1 identifica, usando los manuales de simbología americana y europea, todos y cada uno de los elementos que intervienen. 2. Indica la función que desempeñan todos y cada uno de los elementos que identificarse en el punto uno. 3. Describe la relación que existe entre los números que aparecen en el diagrama de escalera con los números que aparecen en el diagrama de alambrado de la estación de botones. 4. El diagrama de la figura 2 se conoce como diagrama o control de dos alambres o bien de dos hilos. 5. A partir de del diagrama de la figura 2 realiza el diagrama de línea o escalera utilizando la simbología correspondiente Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 6. El diagrama de la figura se conoce como diagrama o control de tres alambres o bien de dos hilos.. 7. A partir de del diagrama de la figura 3 realiza el diagrama de línea o escalera utilizando la simbología correspondiente . 8. Enumera las diferencias entre cada uno de los diagramas de las figuras 2 y 3. 9. Explica el funcionamiento de ambos circuitos (figuras 2 y 3). PROBLEMA REAL. 10. Se tiene un tanque de agua que es controlado de forma manual a través de una estación de botones de arranque. Uno de los botones arranca la bomba de llenado y otro botón se encarga de parar la bomba. El diagrama de escalera se muestra en la figura 4. 11. La figura 5, muestra el mismo sistema de llenado pero ahora en forma automática. 192 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 12. Elabora el nuevo diagrama de escalera guiándote en la figura 5. 13. Señala los nuevos elementos que han sido incorporados . 14. Describe la función de los elementos incorporados 15. Describe el funcionamiento general del circuito automatizado. 16. Elabora conclusiones de los diagramas estudiados en la práctica 17. Comenta grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes. 18. Guarda los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 19. Limpia el área de trabajo. 20. Elabora un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, observaciones y las conclusiones. incluyendo los procedimientos realizados, las Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lectura e interpretación de diagramas de línea (escalera) y Lista de cotejo de la práctica cableado. número 5: Nombre del alumno: A continuación se presentan los criterios que van a ser Instrucciones: verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Identificó, para el diagrama de línea de la figura 1, usando los manuales de simbología americana y europea, todos y cada uno de los elementos que intervienen. 2. Indicó la función que desempeñan todos y cada uno de los elementos que identificó en el punto uno. 3. Describió la relación que existe entre los números que aparecen en el diagrama de escalera con los números que aparecen en el diagrama de alambrado de la estación de botones. 4. Realizó el diagrama de línea a partir del diagrama de la figura 2 utilizando la simbología correspondiente 5. Realizó el diagrama de línea a partir del diagrama de la figura 3 utilizando la simbología correspondiente . 194 Electricidad Industrial Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 6. Enumeró las diferencias entre cada uno de los diagramas de las figuras 2 y 3. 7. Explicó el funcionamiento de ambos circuitos (figuras 2 y 3). 8. Elaboró el nuevo diagrama de escalera guiándose en la figura 5. 9. Señaló los nuevos elementos que fueron incorporados . 10. Describió la función de los elementos incorporados 11. Describió el funcionamiento general del circuito automatizado. 12. Elaboró conclusiones de los diagramas estudiados en la práctica 13. Comentó grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes. 14. Guardó los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 15. Limpió el área de trabajo. 16. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.. Observaciones: PSA: Hora de Hora de inicio: término: Electricidad y Electrónica Evaluación: P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas RESUMEN En este capítulo dos, se han sentado tratamiento o control, bloque de salida las bases teóricas y principios de y el bloque de potencia. funcionamiento de los elementos de En “circuitos de control electromagnético”. variables eléctricas que intervienen en Comenzamos el circuito de control tales como: control de motores denominados: con una el cual análisis estructural de un circuito de control electromagnético ha sido el primer bloque (entrada) se definen todas y cada una de las voltajes, corrientes cargas, etc. Y que van a incidir la dispositivos de selección mejor su funcionamiento. control; el bloque de comunicación electromagnético son, a saber: bloque interface entre el circuito de control y hombre-máquina, aquellos dispositivos de entrada, bloque de comunicación 196 bloque de los en dividido en bloques para comprender Los bloques de un sistema de control de directamente hombre-máquina está definido por la el operador del control es decir, todos Electricidad Industrial que están en P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas contacto directo con el operario como comandar cargas pesadas a partir de el bloque de tratamiento o control bobina del sistema con el fin de controlar una circuito de variable específica del motor como accionamiento, etc. salida tiene que ver con los terminales puede ser elementos de control pero de no pueden ser, botoneras, switches, etc.; define como son tratadas las variables velocidad, rotación, etc.; el bloque de conexión entre accionadores lo como elementos contactores y relevadores y la carga final del sistema; una pequeña tensión aplicada a su algunos elementos de un relevador son: circuito de entrada, protección, circuito de A su vez los relevadores magnéticos proporcionan sobrecarga protección a los contra motores y, ordinariamente, se usan en sistemas de por último, el bloque de potencia se control de dos alambres. que se encargan de conectar la carga relevadores, con las líneas de alimentación. llamados contactores. Los contactores Parte fundamental es el estudio de los magnéticos elementos accionados refiere a todos aquellos dispositivos de interface hombre- De suma importancia, al igual que los son los son elementos interruptores mediante máquina ya que de alguna manera, a electromagnetismo, que proporcionan través los un medio seguro y conveniente para es automático. Entre estos dispositivos derivados cuya característica principal estudiamos los botones selectores de es una sobrecarga. de ellos se logra accionamientos de un control que no o más posiciones, botones pulsadores que accionan los elementos conectar que que interrumpir no tiene circuitos relevador de Para proteger a los motores contra la auxiliares de mando como contactos sobrecarga, se utilizan precisamente logran de auxiliares, un botones sostenidos contacto que permanente, relevadores de nominados “relevadores sobrecarga”. Otros elementos de suma importancia elementos que han sido considerados en esta conectados en las líneas del motor unidad dos son los relevadores que para limitar la excesiva corriente. predeterminado. Electricidad y Electrónica Estos térmicos o a un la cantidad son dispositivos mecánicos capaz de corriente limitan interruptores de pedal para los lugares donde es imposible utilizar las manos. de Estos relés valor tienen magnéticos P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Ahora bien, no siempre es necesario le protección también son importantes ya motores un del sistema mismo, dentro de estos de señalización ya sea de forma visual o accionamiento inmediato, requieren algunos de accionamiento temporizado lo cual se logra utilizando otro tipo que, forman parte de la monitorización mencionamos a los dispositivos de relevadores denominados “relevadores audible como lámparas o sirenas. cierran bloques de contactos o conexión de los temporizados”, éstos son aparatos que o abren determinados Es de suma importancia conocer los contactos (contactos temporizados) al elementos cabo de un tiempo. arrancadores por lo cual se ha incluido vez de sensores e interruptores que en detalle de ello. semiautomática o incluso, con fines de pueden conectarse de manera directa a protección. la línea de alimentación del sistema en Dentro de los interruptores estudiados general por lo que se hace necesario en una fuente de alimentación para ellos. Los sistemas de control requieren a su determinen la operación de manera esta unidad interruptores aparatos de dos, límite destinados a tenemos: que son controlar la posición de una parte en una máquina de control como en esta unidad un apartado que habla Algunos elementos de control no Una de las maneras más comunes de lograrlo se logra mediante un transformador de control el cual ha o la misma máquina; de presión que se sido descrito en la unidad. utilizan y Una vez que hemos estudiado los neumáticos; de flujo o caudal; de nivel; controladores, se ha hecho un estudio hemos estudiado son: de proximidad. de manera particular, de los diagramas parte importante dentro de un sistema las de control, estos dispositivos auxiliares identificadores, termomagnéticos, tipo de simbología estandarizada, ya de en procesos temperatura: los hidráulicos sensores que Los dispositivos de seguridad forman pueden ser: fusibles, interruptores cuchillas, siendo de los diferentes diagramas de control, de línea o escalera, se han estudiado formas sea dispositivos incluido protección, algunos dispositivos auxiliares que no son de 198 asignación conexión de de componentes y los más importante, el todos los anteriormente mencionados de de americana o ejemplos europea. de Hemos análisis y comprensión de diagramas como una Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ayuda para, posteriormente, realizar la En la segunda parte de la unidad, se circuitos de control. implementación planeación y la implementación de Dimos una breve descripción de han descrito los criterios del para cableado la de sistemas de control en un entorno distintos tipos de componentes de un industrial ya que, si bien el CCM, sistema de control según los distintos centraliza el control, es necesario hacer no todos los componentes pueden ser que son controlados hacia el CCM. utilizados en un ambiente de humedad, Dentro de estos criterios de planeación por definido de el cableado se han descrito una humedad, etc. Se da un breve resumen que pueden ser extrapoladas a un para implementación de control de de continuidad, de tensión, pruebas de motores operación tipos de ambientes industriales ya que, ejemplo; componentes así para se han lluvia, polvo, de los tipos de tableros que existen dentro de los que llegar todos y cada uno de los motores serie de pruebas en su forma básica y cableado en campo. Tales pruebas son: en vacío y por último mencionamos a los tableros de control, pruebas de puesta en marcha del los sistema tableros eléctricos, etc., los para verificar el correcto componentes que han sido también funcionamiento de los sistemas de vistos y que sirven como soporte a control en campo. gavetas y que incluyen relevadores, cerrado el contenido de la unidad dos. arrancadores, etc. En la unidad Tres siguiente, se dan los Parte importante en el estudio de principios de operación de uno de los está el denominado Centro de Control de control denominado Programming necesidad de tener centralizado el industria control de distintos motores en un fomentado por la ventaja que presenta muchos elementos de control son las elementos integradores de sistemas de Motores (CCM), que surge por la entorno industrial. Con esta parte de pruebas hemos más importantes sistemas electrónicos Logic Controller (PLC), cuyo uso en la es actualmente respecto a los sistemas cableados. Electricidad y Electrónica muy P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 2 1. Menciona los bloques de un circuito de control electromagnético. 2. Describe el bloque conocido como Bloque Hombre-máquina. 3. En qué consiste el tipo de mando binario (on-off). 4. Describe la función de un interruptor selector. 5. Explica la diferencia entre un botón pulsador y un botón sostenido. 6. Cuando no se puede accionar un interruptor de forma manual, ¿Qué tipo de interruptor se usa? 7. ¿Qué son los contactores? 8. ¿Cómo funciona un relé de sobrecarga? 9. Describe los dos modos de funcionamiento de un relé temporizado. 200 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 10. La principal aplicación de un interruptor de presión es en: 11. ¿Cómo funciona un interruptor de flujo o caudal? 12. ¿Qué es un sensor de proximidad? 14. Indica la función de una lámpara piloto. 15. Menciona los bloques de terminales de un dispositivo de control 16. Describe brevemente el diagrama de escalera. 17. Menciona las dos normas de simbología más importante para diagramas 13. Menciona los dos grandes grupos en que se dividen los fusibles. electromagnético. de escalera. 18. Describe brevemente dos de los tipos de envolventes para componentes eléctricos. 19. Describe lo que es un Centro de Control de Motores CCM. 20. Describe como debe planearse un cableado de sistemas eléctricos. 21. ¿Qué se entiende por Ruteo en Campo? Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 3 INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE CIRCUITOS DE CONTROL CON PLC´S Al finalizar el capítulo, el alumno instalará y operará circuitos de control con PLC’s dentro de los sistemas electromecánicos con base en las especificaciones del proyecto para asegurar una operación fiable y segura del equipo. 202 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Instalación y Módulo Operación de Circuitos de Control de Máquinas 108 Hrs 1. Reconoci- 2. Instalación y 3. Instalación y Función de Circuitos de Circuitos de los Controles Control en las Electromagné ticos Control con PLC´s miento de la Unidades de Aprendizaje Máquinas Operación de Operación de Eléctricas 40 Hrs Resultados de Aprendizaje 40 Hrs 28 Hrs 3.1. Identificar los componentes que se utilizan en los circuitos de control con PLC´s.. 3.2. Realizar el montaje de los componentes de un circuito de control con PLC’s conforme a diagramas y especificaciones instalación. Electricidad yde Electrónica hrs. hrs. P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas RESULTADO DE APRENDIZAJE 3.1 Identificar los componentes que se utilizan en los circuitos de control con PLC´s. 3.1.1. COMPONENTES DEL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE Un Controlador Lógico Programable (PLC) es un equipo electrónico de control con un cableado interno (hardware) independiente del proceso a controlar, que se adapta mediante un a dicho programa proceso específico (software) que contiene la secuencia de operaciones a realizar. Esta secuencia de operaciones se define sobre señales de entrada y salida al proceso, cableadas directamente en los bornes de conexión del autómata. SUMARIO ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Las señales de entrada pueden pro- COMPONENTES DEL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE CICLO Y MODOS DE OPERACIÓN DEL PLC. DIAGRAMA DE ESCALERA PARA PLC’S. UBICACIÓN Y MONTAJE DE COMPONENTES. CABLEADO Y CONEXIÓN. PRUEBAS. 204 ceder de elementos digitales, como fi- nales de carrera y detectores de proximidad, o analógicos, como sensores de temperatura y dispositivos de salida en tensión o corriente continuas. Las señales de salida son órdenes digitales todo o nada o señales analógicas en tensión o corriente, que se envían a los elementos indicadores y actuadores del proceso, como lámparas, contactores, válvulas, etc. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas El autómata gobierna las señales de ques constitutivos del autómata, y sus previamente almacenado en una me- Un autómata programable se compone señales de entrada. bloques (figura 3.1): salida según el programa de control moria, a partir del estado de las características más relevantes. esencialmente de los siguientes Este programa se introduce en el autómata a través de la unidad de pro- gramación, que permite además funciones adicionales como depuración de programas, simulación, monitorización, control del autómata, etc. Una característica diferenciadora del PLC frente a otros sistemas de control programables está en la estandarización de su hardware, que Fig. 3.1. diagrama de bloques de un autómata pr permite la configuración de sistemas de control «a medida», según las necesidades estimadas de potencia de cálculo y número y tipo de señales de entrada y salida. El autómata se configura alrededor de Unidad central de proceso o de control, una unidad central o de control, que, CPU. las interfaces de entrada y salida y a las • Memoria de programa. como • Fuente de alimentación. unida por medio de buses internos a memorias, define lo que se conoce mata. Según arquitectura interna las soluciones del autó- constructivas • Memorias internas. • Interfaces de entrada y salida. La unidad de control consulta el estado de las entradas y recoge de la memoria adoptadas, esta arquitectura puede to- de mar distintas configuraciones, que se- instrucciones a ejecutar, elaborando a rán objeto de estudio en un capítulo partir de ella las señales de salida u ór- posterior. En éste, se definen los blo- programa la secuencia de denes que se enviarán al proceso. Du- Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas rante la ejecución del programa, las leídos sobre las señales de entrada o una tras otra. La memoria de programa contiene la responsable de actualizar continua- realizarse sobre las señales de entrada mente los temporizadores y contadores para obtener las señales de salida, así La memoria del autómata contiene del autómata. Por ello, si hay que in- instrucciones son procesadas en serie, La unidad de control es también la internos que hayan sido programados. enviados a las señales de salida. secuencia de operaciones que deben como los parámetros de configuración todos los datos e instrucciones que ne- troducir cesita para ejecutar la tarea de control. sistema de control basta generalmente almacenar datos intermedios de cálculo moria. directamente sobre las salidas, así tablecen la comunicación del autómata La memoria interna es la encargada de y variables internas que no aparecen alguna variación sobre el con modificar el contenido de esta meLas interfaces de entrada y salida es- como un reflejo o imagen de los últi- con la planta. Para ello, se conectan, mos estados por una parte, con las señales de proceso a través de los bornes previstos y, por otra, con el bus interno del autómata. La interfaz se encarga de adaptar las señales que se manejan en el proceso a las utilizadas internamente por la máquina. La fuente de alimentación proporciona, a partir de una tensión exterior, las tensiones necesarias para el buen funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos del sistema. En ocasiones, el autómata puede disponer 1 Autómatas programables. Balcells- de una batería conectada a esta fuente de alimentación, lo que asegura el mantenimiento del programa y algunos datos en las memorias en caso de interrupción de la tensión exterior. 206 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Se conoce como bus interno al con- junto de líneas y conexiones que permiten la unión eléctrica entre la unidad de control, las memorias y las interfaces de entrada y salida. Un bus Esta estructura exige que en todo se compone de un conjunto de hilos o momento sólo pueda haber un peri- datos el contrario se mezclarían los datos en- contenido de celdas de memoria o las viados por varios de ellos o se recibi- instrucciones de la unidad de control). rían en un periférico datos que no le nexiones y dado que la unidad de con- Los tres buses característicos de un hilos, sólo puede comunicarse con sus tos, por el que tienen lugar las trans- periféricos de una forma secuencial, ferencias de datos del sistema, bus de uno tras otro, el conjunto de hilos del direcciones, bus es común y compartido por todos direccionan la memoria y el resto de ellos. los pistas utilizadas u órdenes para (por intercambiar ejemplo, Para minimizar el número de cotrol, que organiza el tráfico por estos férico ocupando el bus, ya que de lo corresponden. sistema digital (figura 3.2), bus de da- a periféricos, través y del bus cual de se control, constituido por todas las conexiones destinadas a gobernar los intercambios de información, se reunifican en el autómata en uno sólo, que recibe el nombre de bus interno. El número de líneas de este bus depende de cada fabricante. Se considera también como bus del autómata cualquier conexión entre bloques o módulos que no necesite de procesadores específicos de comunicaciones en sus extremos, como, por ejemplo, el cable de conexión entre el autómata y una unidad externa de expansión de E/S. Fig. 3.2. Estructura de conexión mediante buses. 2 Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas las operaciones especificadas en las mismas. El funcionamiento es, salvo escasas excepciones, de tipo interpretado, con decodificación de las instrucciones cada vez que son ejecutadas. Esta decodificación mediante estándar puede un con memoria, realizarse sistema de lógica microprocesador o microprogramada puede por más estar hardware (cableada) en el propio procesador, según diseño propio del fabricante utilizando tecnologías «custom» o personalizadas. La primera solución, más UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, CPU 2 Autómatas programables. Balcells- barata, es la más frecuente en autó- La CPU («Central Processing Unit»), matas de gama baja, mientras que la construida alrededor de un sistema segunda, mícro-procesador, es la encargada de diseño y desarrollo, es ordenar de donde el incremento de precio queda de compensado por los bajos tiempos de ejecutar el programa de usuario y de las información transferencias en el sistema con mayores costes de propia de autómatas de gamas medias y altas, entradas/salidas. ejecución tablecer comunicación con periféricos (décimas de microsegundo frente a decenas de gramación, monitores LED/LCD o TRC, cualquier caso, esta otros interna de instrucciones Adicionalmente, puede también esexternos, como son la unidad de proautómatas etcétera. u ordenadores, de instrucciones, mucho menores que en la solución estándar micro-segundos). En decodificación es transparente al usuario, que no puede Para ejecutar el programa, la CPU modificarla en ninguna forma. Al ser adquiere sucesivamente las instruccio- además específica de cada fabricante, nes una a una desde memoria, y realiza que elige el lenguaje de programación 208 que soportará su autómata (instruccio- Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas nes, contactos o símbolos gráficos) y la La figura 3.3 muestra los bloques trucciones, la decodificación no sólo li- reconocen los siguientes: gramación, sino que es la responsable cargada de realizar las operaciones de que no todas las CPU pueden eje- aritméticas y lógicas (combinaciones Y, hayan sido escritos en el mismo len- Acumulador, que almacena el resultado forma en que se interpretan sus ins- mita los lenguajes disponibles de pro- cutar los mismos programas, aunque guaje, impidiendo, en definitiva, el intercambio de programas entre autómatas diferentes. fundamentales de una CPU, donde se — ALU, «Aritmetic Logic Unit», en- O, sumas, comparaciones, etc.). de la última operación realizada por la ALU. En algunos casos, la decodificación se realiza con la ayuda de una memoria exterior (intérprete), de la que pueden existir distintas versiones dentro de una misma ofreciendo familia una de amplia autómatas, gama de posibilidades como: • Modificación del lenguaje de programación. • Tratamiento de señales analógicas. • Manipulación de textos. • Algoritmos de control en lazo cerra- Fig. 3.3. Diagrama bloques de la unidad central de p do, etc. Esta solución aumenta la flexibilidad del sistema, pero incrementa también los tiempos de ejecución (los quintuplica, aproximadamente), al tener que decodificar las instrucciones según las indicaciones de una memoria exterior conectada al bus. Flags, o indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo, negativo, resultado cero, etc.). El estado de estos fiags puede ser consultado por el programa. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Contador — de programa, PC instrucciones de («Program Counter»), encargado de la lectura de las usuario y, por tanto, de ejecución. ser de la secuencia Esta secuencia puede modificada con instrucciones de salto. el juego de Decodificador de instrucciones y secuenciador, cableado y/o progra- complejas instrucciones leídas en la memoria y se acumulador los registros de pila, que — mado, donde se decodifican las o escritas en lenguajes de programación más potentes. Algunos autómatas incluyen junto al generan las señales de control. permiten almacenar resultados parcia- donde almacena la secuencia de instrucciones particulares de paréntesis puesta en marcha, las rutinas de test y o bloques) antes de operar con ellos y de error en la ejecución, etc. asignar el resultado a una salida. — Programa ROM monitor del sistema, — se Opcionalmente, un cartucho les del programa (obtenidos mediante de La combinación de la CPU con la memoria ROM externa, que contendría memoria interna, imagen de entradas/ una intérprete salidas, y de programa de usuario, es ejecutar unidad de proceso o tarjeta central ampliación del incorporado, a fin de que la CPU pudiera decodificar instrucciones y conocida también con el nombre de aunque algunos fabricantes denominan por extensión al conjunto simplemente CPU. Dada la diversidad de funciones que debe realizar la CPU, aparece, en autómatas de gamas medias y altas, una subdivisión y reparto de tareas en la misma, a fin de optimizar su funcionamiento. Esta subdivisión puede realizarse de dos formas: — arquitectura de coprocesador, 3 Autómatas programables. Balcells- 210 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas — estructura de control distribuido mediante el empleo de módulos inteligentes. Para la primera solución se disponen varios microprocesadores que ejecutan el programa de forma concurrente, tra- bajando en paralelo y mejorando significativamente las prestaciones del sistema en cuanto a rapidez y potencia de cálculo. En el control distribuido con módulos inteligentes procesadores se especializados conectan en tareas al bus específicos como la medida y regulación de temperatura, control de posición, conexión con otros procesadores dentro de una red local, etc., lo que permite traspasar ciertas funciones, normalmente críticas en el tiempo, a estos periféricos inteligentes (denominados así porque incluyen sus propios procesadores y memorias), descargando al procesador central de unos procesos a los que no podría rapidez. atender con la necesaria Ambas soluciones, estructuras de coprocesadores y conexión de módulos inteligentes, pueden coexistir en algunos modelos de autómata, proporcionando una superior potencia de cálculo, capacidad y rapidez en la ejecución. MEMORIA DEL AUTÓMATA La memoria de trabajo es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control: • Datos del proceso — Señales de planta, entradas y sa- lidas. — Variables internas, de bit y de palabra. — Datos alfanuméricos y constantes. • Datos del control — Instrucciones de usuario (progra- ma). — Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de entradas/salidas conectadas, etc.). Memorias internas En un autómata programable, memoria interna es aquella que almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, dores, relés salidas, conta- internos, señales de estado, etc. La memoria interna, de longitud invariable para cada modelo de autómata, fija sus características funcionales en cuanto a capacidad de direccionamiento E/S, y número y tipo de variables internas manipuladas. Por esta razón, la clasificación de la memoria interna no se realiza atendiendo a sus características de lectura y escritura, sino por el tipo de variables que almacena y el número de bits que Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas ocupa la variable. Así, la memoria in- La longitud de este mapa de memoria en las siguientes áreas: — terna del autómata queda clasificada Posiciones de 1 bit (bits internos) — Memoria imagen de entradas/salidas. — Relés internos. — Relés especiales/auxiliares. Posiciones de 8, 16 o más bits (registros internos) — Temporizadores. — Contadores. — Otros registros de uso general. La memoria de programa, normalmente externa y enchufable a la CPU, almacena el programa escrito por el usuario para su aplicación. Adicionalpuede contener datos alfanuméricos y textos variables, y también información parametrizada sobre el sistema, por ejemplo nombre o identificador del programa escrito, indicaciones sobre la configuración de E/S o sobre la red de autómatas, si existe, etc. El conjunto de direcciones correspondientes a todas las posiciones de memoria que puede direccionar la CPU, es decir, de toda la memoria de trabajo, se denomina en el autómata mapa de memoria. 212 La capacidad de direccionamiento de la CPU, que determina el número de direcciones asignadas a los dispositivos internos. — El número de entradas/salidas conectadas, que determina la longitud de la memoria imagen E/S, — La longitud de la memoria de usuario utilizada. INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA Las interfaces de entrada y salida establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso, filtrando, Memoria de programa mente depende de tres factores: adaptando y codificando de forma comprensible para dicha unidad las se- ñales procedentes de los elementos de entrada, y amplificando decodificando las señales y generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida. Dada la enorme cantidad de variantes que pueden presentarse en las señales de proceso, es evidente que deberá existir también un gran número de tipos de interfaces, tanto de entradas como de salidas. Estas interfaces pueden clasificarse de diferentes formas, según se muestra a continuación. • Por el tipo de señales: — Digitales de 1 bit. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas — Digitales de varios bits. — Colector abierto para 24 o 48 Vcc. • Por la tensión de alimentación: En la gama de autómatas modulares, 24/110 Vcc). rack que permite la ampliación con — distintas — Analógicas. — De corriente continua (estáticas de De corriente continua a colector abierto (PNP o NPN). • Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA. construidos generalmente sobre un tarjetas de Jnterfaz, las posibilidades son mayores, llegando • De corriente alterna (60/110/220 hasta la conexión directa de diversos VCA). — Salidas por relé (libres de tensión). tipos de transductores y periféricos. — La fuente de alimentación proporciona • Por el aislamiento: FUENTE DE ALIMENTACIÓN acopladores). las — Con acoplamiento directo. funcionamiento de los distintos circui- unidad central: — Comunicación serie. Un autómata programable está for- Con separación galvánica (opto- • Por la forma de comunicación con la tensiones necesarias para el tos del sistema. mado por bloques que requieren ni- — Comunicación paralelo. veles de tensión y de potencia diferen- • Por la ubicación: tes y que, además, están sometidos a — Locales. condiciones ambientales de ruido elec- — Remotos. tromagnético también distintas. tipo de interfaces disponibles suele ser mentación cuentes, clasificadas por entradas y sa- independizar las siguientes partes del lidas, las siguientes: circuito: En la gama de pequeños autómatas, el más limitado, siendo las más fre- Entradas: — Corriente continua a 24 o 48 Vcc. Por todo ello es frecuente que la alifuentes — se obtenga separadas, de varias procurando Unidad central e interfaces E/S (alimentación autómata). — Corriente alterna a 110 o 220 VCA. — Alimentación de entradas. — Analógicas de 0-10 Vcc o 4-20 mA. — Alimentación de salidas (cargas) de Salidas; — Por relé. — Estáticas por triac a 220 VCA má- ximo. tipo electromagnético. Esta división, salvo en pequeños compactos, suele mantenerse en todos los autómatas, que necesitan al menos Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas de dos fuentes de alimentación inde- c) TTL — Alimentación del autómata (CPU, 2. En un PLC las señales de salida son — Alimentación de los emisores de a) Analógicas y Digitales pendientes: memorias e interfaces). señal y de los actuadores de salida. La alimentación a la CPU puede ser de del tipo: b) Sólo discretas c) Fuente continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución, o en 3. alterna a 110/220 VCA. En cualquier instrucciones terfaces conectadas a través del bus a) Memoria del programa La alimentación a los circuitos E/S c) Memoria interna caso, la propia CPU alimenta las ininterno. Contiene todos que los datos necesita e para ejecutar la tarea de control en un PLC. b) Memoria del autómata puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 VCA, o en continua a 4. Las salidas de corriente alterna en 12/24/48 Vcc. un PLC pueden ser de: a) 60,110 y 220 V b) 10, 20 y 24 V c) 117, 440 y 1100 V 5. Proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema PLC. a) CPU b) Memoria interna EJERCICIO. c) Fuente de alimentación Subraya la respuesta correcta en los siguientes reactivos. 1. Controlador Lógico Programable a) CPU b) PLC 214 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollar diferentes técnicas de investigación bibliográfica en Investigación Documental relación a fabricantes de PLC. a) En equipos de tres personas desarrollen diferentes técnicas de Competencia tecnológica Investigar los avances recientes en relación a los dispositivos control electrónicos a) de y manuales de distintos fabricantes de PLC´s y verifica los avances tecnológicos que existen en ese campo, tanto para PLC y b) accesorios de éstos. En hojas de rotafolio realiza un diagrama de b) Apliquen las técnicas anteriores investigando en diferentes medios de información por Consulta de manera individual, catálogos investigación bibliográfica. tiempo que ejemplo: bibliotecas, internet, revistas y catálogos de fabricantes. c) Entreguen un resumen en hojas tamaño carta y en procesador de textos incluyendo imágenes y diagramas perfectamente explicados y acotados, con pulcritud y claridad muestre la evolución de la industria de automatización (PLC´S). c) Muestra tu diagrama a tus compañeros de grupo y comenten sus trabajos. d) Realicen ayuden conclusiones al aprendizaje grupo. que en 3.1.2. CICLO Y MODOS DE OPERACIÓN DEL PLC. • Configuración de comunicación del PLC con una estación de trabajo. La puesta a punto, el mantenimiento y la explotación de una aplicación con autómata programable necesitan de un diálogo hombre-máquina, tanto durante la fase de concepción y edición Resumen. del programa como durante la fase de operación del sistema. Competencia de calidad. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas En la primera fase, el programador introduce el programa en la memoria del autómata y verifica y ajusta su funcionamiento, observación mediante de las la variables (monitorización) y la modificación del estado en variables lógicas, o el valor en variables alfanuméricas (forzado). En la segunda fase, de explotación, sigue siendo conveniente —en ocasiones imprescindible— para el operador el acceso a los valores de planta, que son leídos a través de variables de au- La relación descrita entre el autómata y tómata. Generalmente, no será nece- el sario la monitorización o forzado de consigue mediante dispositivos espe- todas las variables del programa, sino cíficos dedicados, o utilizando un en- sólo de aquellas significativas para la torno software que corre sobre una comprensión y control del proceso. máquina de uso general, por ejemplo, programador un PC. o Estos el usuario se dispositivos, denominados en general Unidades de Programación y Servicio, responden a la necesidad de comunicación entre el usuario y el autómata para la programación del mismo, y entre el usuario y la planta para la observación y el control. La comunicación a establecer, tanto para programación como para el control, lo será siempre sobre el autómata, que dispone para ello de los conectores de conexión adecuados, en la CPU para la programación, o en la 216 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas CPU o procesadores auxiliares de • Interfase de Programación comunicaciones para la explotación y el servicio (figura 3.4). El terminal de programación se distingue por su teclado tipo QWERTY pantalla de gran tamaño, que permite la visualización de bloques completos de programa, con identificación simbólica de las variables y menús de ayuda “on-line”. En la programación programas conexión se “off-line” confeccionan 4 Autómatas programables. Balcells- entre el aparato y los sin el autómata, y una vez finalizados se transfiere a módulos de memoria independientes enchufables después al autómata, o se mantiene en la memoria del aparato de programación para su transferencia directa a la memoria del autómata. En programación “On-line” los programas se confeccionan, prueban y corrigen sobre el mismo autómata, unido directamente a la unidad de Como se ve en la figura 3.4, el acceso al autómata no está limitado en el espacio: con las ways») adecuadas pasarelas (por («gateejemplo, programación. El terminal SIMATIC S5 PG685 de SIEMENS (figura 3.5) es un ejemplo de estos equipos. modems para una red telefónica) es posible actuar sobre el autómata desde un punto remoto, apoyándose en una red con soporte físico eléctrico, óptico o inalámbrico. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas controladoras de dispositivos, etc.) ha llevado a los fabricantes de terminales a modificar éstos, construyéndolos al- rededor de arquitecturas PC, aprovechando incluso los sistemas operativos generales DOS/UNIX. Verdaderos ordenadores compatibles, los terminales resultantes se dis- tinguen de los PC por la presencia de teclas de función específica, que permiten el acceso a funciones dedicadas Incorporando todos los elementos de sin necesidad de pasar por menús en microprocesador, con pantalla, teclado, el terminal en modo programación, lector de disco e interfaces, el teclado transferencia, monitorización, etc. puede pantalla, Un ejemplo de estos terminales es el protegiendo así a ésta y a las teclas Telemecanique TSX 507, ordenador durante el transporte. Con conexión portátil industrial compatible IBM PC- directa a autómata, a un monitor de AT con sistema operativo DOS-OS/2. hardware mencionados, cerrarse sobre la sistema vídeo y a una impresora, el terminal 5, 6 Autómatas programables. Balcells- puede funcionar «off/on planta o de taller line», en árbol. Así, una simple pulsación pone La terminal Telemecanique TSX 507 se muestra en la figura 3.6. programación, ofreciendo en ambos casos la facilidad de manejo que le proporciona su dedicación exclusiva a la programación/ monitorización de programas y variables sobre autómatas de su misma marca. El elevado coste de estos equipos, por Fig. 3.6. Terminal Telemecanique TSX 507. lo singular de su aplicación, unido a la caída de precios del hardware de los PC compatibles de uso general (placas base, 218 expansiones de memoria, Realización del ejercicio Electricidad Industrial 6 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Competencia analítica Distinguir las características de Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.5 “Identificación de Autómatas Programables (PLC´s)” ubicada en la pág. funcionamiento de los diferentes controles electrónicos . a) Con base en la lluvia de ideas realizada en grupo toma notas destacando aquellas que consideres más relevantes y que definan las características del funcionamiento de los controles electrónicos. b) Reúnanse en parejas y junten la información recabada. c) Realicen en láminas esquemas, 3.1.3 DIAGRAMA DE ESCALERA PARA PLC’S. • Simbología. − Estandarizada. El lenguaje de contactos expresa las relaciones entre señales binarias como una sucesión de contactos en serie y en paralelo, según las equivalencias que se muestran en la tabla 3.1. Adoptado por muchos fabricantes de autómatas (norteamericanos y japone- diagramas o cualquier otro recurso ses, cada una de las características para contactos («Ladder Diagram») puede que les permita analizar todas y los tipos de controles expuestos. d) Puntualiza de manera oral y ante grupo los criterios utilizados para analizar las características de principalmente) como lenguaje base de programación, el diagrama de ser introducido directamente en la uni- dad de programación mediante un editor de Normalmente símbolos este editor gráficos. incluye funcionamiento de los controles restricciones en cuanto al número de e) Presenten su trabajo al grupo para cada línea, la ubicación de los mismos, electrónicos. ser retroalimentado. Realización del ejercicio. contactos o bobinas a representar en la forma de las conexiones, etc. Siendo los contactos de relés componentes de dos estados, asignados a los valores lógicos: 0: contacto abierto 1: contacto cerrado Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas las equivalencias de la tabla 3.1 per- como una posible herramienta de visualización de programas ya escritos miten definir sobre ellos un álgebra de en lista de instrucciones, sino como de contactos. eléctricos de relés (circuitos de mando) Esto significa que cualquier función de uso común en la automatización mediatamente a diagrama de contactos programables. y viceversa, transcripciones de utilidad Por esta razón, los diagramas de con- cuando se trata de visualizar gráfica- tactos incluyen desde sus orígenes booleano. como elementos propios en aquellos Boole, denominada usualmente álgebra lógica puede ser transcrita directa e in- mente un programa escrito en lenguaje trascripción directa de los esquemas previa a la aparición de los sistemas bloques funcionales que ya aparecían esquemas, los temporizadores y los contadores. Utilizando estos bloques, sobre los cuales pueden definirse la base de tiempos y el tiempo final en el caso de temporizadores y el módulo de contaje y condiciones de paro y reset en el caso de contadores, el lenguaje de contactos directamente permite cualquier programar esquema eléctrico de relés. Sin embargo, y al igual que ocurría en los lenguajes booleanos, también en Tabla 3.1. Simbología estandarizada según éste NEMA/DIN19239 se con sus equivalencias lógicas y de relés. 7 7 Autómatas programables. Balcells- Sin embargo, el diagrama de contactos, de origen norteamericano, no nació 220 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas del lenguaje, quedando las restantes limitadas al empleo de partes más o menos significativas de él. La tabla muestra la simbología de manera estandarizada según NEMA/DIN19239. Si bien es cierto estos símbolos son de uso general, algunos fabricantes adoptan su simbología de manera particular. Más adelante desarrollan bloques funcionales complejos que permiten la manipula- estudiaremos simbología empleada fabricantes como: Siemens. por alguna algunos Allen-Bradley y ción de datos y las operaciones con variables digitales de varios bits. La presencia de estos bloques, de ejecución dependiente de una o más condiciones binarias, multiplica la po- − De Allen Bradley. Estas instrucciones, cuando se usan en programas de escalera, representan los tencia de programación sin dejar de circuitos de lógica cableada, usados tación gráfica del programa. Así, pue- equipo. mantener las ventajas de la represenden programarse situaciones de auto- para el control de una máquina o Las instrucciones básicas se dividen en matización compleja que involucren tres transferencias, comparaciones, señales 1. XIC (examine si cerrado) Por supuesto, y al igual que ocurre con si un bit esta activado. variables digitales, registros, analógicas, etc. grupos: bit, temporizador y contador. Esta instrucción es utilizada para saber las extensiones al lenguaje booleano, no todos los autómatas, aun del mismo fabricante, pueden manejar todas las posibilidades de programación con contactos: sólo las gamas más altas acceden a la totalidad de extensiones 2. XIO (examine si abierto) Esta instrucción es muy similar a la anterior, solo que esta determina si un bit esta desactivado. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas temporizador haya estado activado por un 3. OTE (active la salida) Utilizar una instrucción OTE en un programa de escalera intervalo de tiempo preseleccionado. para activar/desactivar un bit cuando las condiciones de renglón son evaluadas como respectivamente. 4. OTL y OTU verdaderas/falsas 7. TOF (temporizador a la desconexión) (enclavamiento y desenclavamiento de salida) Estas instrucciones por lo general son usadas direccionando el mismo bit. La Este temporizador que este tiene el mismo funcionamiento que el TON, solamente temporiza cuando condiciones del renglón son falsas. las instrucción OTL activa un bit cuando las condiciones del renglón son verdaderas y este bit permanece activo aunque las condiciones del renglón se vuelvan falsas. La instrucción OTU se encarga de desactivar el bit. 8. RTO (temporizador retentivo) Este es un temporizador a la conexión, pero cuando las condiciones del renglón pasan de verdaderas a falsas, se retiene el valor del acumulador y, cuando las condiciones del renglón 5. OSR (un frente ascendente) La instrucción OSR es una instrucción de entrada retentiva que ocasiona un vuelven a verdaderas, este continua temporizando. evento durante una sola vez. 6. TON ( temporizador a la conexión) Esta instrucción es utilizada para activar o desactivar una salida después de que el 222 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 9. CTU (Contador progresivo) - Bobinas. las transiciones de renglón de falso a - Contadores. El CTU es una instrucción que cuenta verdadero. Las transiciones de renglón pueden ser provocadas por eventos ocurridos en el programa. - Temporizadores (Timers). En la tabla símbolos 3.2 se comunes muestran utilizados los por Siemens para diagramas de escalera. 10. CTD (contador regresivo) Esta instrucción es muy similar al CTU, solamente que esta disminuye el valor del acumulador cada vez que hay una transición de falso a verdadero. Tabla 3.2. Simbología utilizada por Siemens en diagramas de escalera. 8 Un ejemplo de diagrama de escalera se muestra en la figura 3.7. Contactos − De Siemens. Los elementos importantes en un programa para PLC al igual que un alambrado lógico con elementos eléctricos como relevadores son: - Contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados. normalmente abiertos y normalmente cerrados Un contacto es un elemento eléctrico el cual su principal y única función es abrir y cerrar un circuito eléctrico ya sea para impedir el paso de la corriente o permitir el paso de la misma. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Un contacto es un elemento de letra Q. (las salidas mas comunes se representan por medio de la letra I. solenoides, cilindros eléctricos entre entrada. Así lo lee el PLC. Las entradas 8 Cuando un contacto se activa y éste se cierra (contacto normalmente abierto) representan a motores eléctricos, otras salidas) contacto se activa y este se abre daremos un ejemplo para construir y lógico de 1. Cuando un (contacto normalmente cerrado) este pasa de un estado lógico 1 a un estado lógico 0. apartado comprensión de Y En estado el Análisis este pasa de un estado lógico 0 a un (sección siguiente) analizar diagramas de escalera con sólo contactos y bobinas. • Análisis y comprensión Ejemplo A: armar un programa en Bobinas escalera el cual me encienda un motor Las bobinas no son mas que un arrollamiento de alambres los cuales al aplicarles un voltaje estas crearan un eléctrico a través de un contacto y que éste se apague cuando presionemos otro contacto. fuerte campo magnético. Por lo tanto las bobinas que electroimanes de actúan en los programas de PLC representan los eléctricos. Las bobinas se los relevadores consideran como elementos internos del PLC pero estas también representan salidas. Cuando se representan internamente actúan como electroimanes donde su principal letra característica son: la M y la V. Cuando representan una salida estos se representan especialmente con la 224 Fig. 3.7. Diagrama de escalera para el ejemplo A. 9 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas los controles electrónicos a) Con una M0.0 es una bobina interna del PLC. La y así PSP, sean El motor se detendrá de que este cortará9 la retroalimentación del aplicaciones tipo las utilizar aplicaciones ya industrial, características un PLC sencillas en para un entorno industrial. d) Indica ventajas y desventajas de utilizar un PLC de uso industrial en únicamente cuando se presione el contacto I0.2 ya electrónicos c) Indica las ventajas y desventajas este se encuentra en uno cuando lo retroalimenta el contacto. tres analizadas previamente. contactos de entrada son de pulso y cero. Por lo tanto para evitar eso se algunas cuenta El contacto auxiliar M0.0 sirve como tengamos presionado y al soltarlo cae a menos habitacional, etc. Tomando en encienda el motor eléctrico. se hace por que por lo común los al sugiere , con la supervisión del se una retroalimentación al circuito. Esto de características b) Con la información obtenida, causa de ello provocara que el contacto cierre las (PLC´s). hará que se active la bobina M0.0 y a se y información controladores se representa con la bobina Q0.0 M0.0 de de eléctricas salida en este caso un motor eléctrico auxiliar catálogos técnica, analiza todas y cada son elementos de entrada y la bobina usted presione el elemento I0.0 este en manuales Como se observa el contacto I0.0 e I0.2 Explicación del ejemplo A: cuando base aplicaciones menos exigentes. e) Un hojas de rotafolio anota las ventajas y desventajas del los que existe en el circuito. incisos (c) y (d). f) Comenta tus resultados con tus compañeros de grupo. Realización del ejercicio g) Elaboren respecto Competencia Lógica conclusiones y que ayuden aprendizaje en conjunto. Establecer criterios de aplicación de RESULTADO DE APRENDIZAJE Electricidad y Electrónica al al P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 3.2 Realizar el montaje de los componentes de un circuito de control con PLC’s conforme a diagramas y especificaciones de instalación. 3.2.1 UBICACIÓN Y MONTAJE DE COMPONENTES. • En gabinetes y armarios Los grandes autómatas modulares de elevada potencia de proceso incorporan CPU en las que el reparto de tareas entre operaciones de bit y de palabra se completa subdividiendo el aún más, procesador de palabras en otros varios especializados en diferentes funciones: — ejecución de operaciones aritmé- ticas, — comunicación con las unidades de entrada/salida, — proceso de temporizadores y contadores, etc. Ejemplo de autómatas con arquitectura modular son el S5-115U de Siemens (figura 3.8) y TSX 107-40 Télémecanique (figura 3.9). 226 de El primero, un modelo intermedio de la gama SIMATIC S5, utiliza un microordenador estándar 8031 y dos coprocesadores «custom» específicos, 10 Autómatas programables. Balcellspara la elaboración rápida de bits y palabras. El segundo, el más completo de la gama TSX 7, utiliza un procesador booleano y de lógica de control inte- grado en un componente específico «gate array» de Télémecanique, un microprocesador Intel 80386/25 MHz para los tratamientos de palabras y gestión del sistema, y un microprocesador Intel 80C52 para la gestión de las comunicaciones. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Veamos un típico automatismos. Un circuito de arrancador Estrella/Triángulo con temporizador. La figura 3.10 muestra como es la técnica cableada. Por una parte (a) tenemos el circuito de fuerza, que alimenta el motor, y por otra (b) el circuito auxiliar o de mando, que realiza la maniobra de arranque de dicho motor. En primer lugar se identifica el tipo de simbología empleada, ya sea europea o bien americana y debemos observar las anotaciones que se encuentran en el diagrama por ejemplo, en el diagrama de mando notamos que se especifica el tipo de pulsadores, relevadores, contactores y los temporizadores, esto con el objeto de indicar las abreviaturas que han de ser empleadas en el diagrama de cableado mostrado. La figura 3.11 muestra como se realiza el mismo montaje de forma 3.2.2. Y CONEXIÓN. 11 AutómatasCABLEADO programables. Balcells- programada. El circuito de fuerza es • Análisis y comprensión de un diagrama de cableado. técnica cableada. Sin embargo, el de Cuando se conecta una entrada a un controlador programable un lado se conecta a una entrada asignada de la terminal y el otro a una terminal común. exactamente mando será el mismo sustituido que en por la un autómata programable, al cual se unen eléctricamente los pulsadores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas programa que previamente transferido al autómata. se ha Fig. 3.10. Cableado tradicional de un arranque estrella/triángulo de un motor con temporizador. 12 228 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas perturbaciones y elementos o circuitos de pequeña señal, sensibles a dichas perturbaciones, está basado en el cumplimiento de ciertas reglas de di- seño e instalación que permitan hacer compatibles los niveles de señal de unos con los de perturbación de otros. El estudio de la problemática general de generación, propagación, influencia sobre otros circuitos y medidas de protección contra las perturbaciones electromagnéticas se agrupa bajo el título genérico de compatibilidad electromagnética, abreviadamente EMC. Cuando el efecto perturbaciones llegue funcionamiento de de a un tales alterar el determinado dispositivo o circuito, diremos que se produce interferencia elec- tromagnética, abreviadamente EMI. A continuación mencionaremos algunos aspectos a considerarse para 12, 13 www.tecnocienciaelectrónica.com • Planeación y montaje del cableado y ruteo en campo. Muchas consideraciones deben tomarse en cuenta al considerar la instalación del cableado para un autómata en entornos industriales El buen funcionamiento de un sistema de control eléctrico, donde se combinan dispositivos de potencia que producen la correcta elección del cableado en un autómata programable para entorno industrial. Acoplamiento entre cables.- El mecanismo de acoplamiento capacitivo e inductivo entre conductores suele ser la principal vía de captación de interferencias en la mayor parte de equipos industriales. Para obtener un Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas orden de magnitud de las perturbacio- todo sistema de cableado son los si- considerar un convertidor para regu- a) Agrupación por clases. El conjunto tensiones de 300 V con tiempos de control debería agruparse por clases. conmutación del orden de 10 ns (muy Concretamente, en instalaciones de potencia). Si se coloca un cable de encontrar son: nes generadas por este concepto, basta lación de un motor que conmute normales en los transistores de señal, con un recorrido paralelo al del chopper de 1 m, con lo que la capacidad parásita entre ambos es de guientes: de cables que salen del armario de autómatas las clases que podemos al) Cables de red y salidas de potencia. a2) Cables de E/S a baja tensión (24 V c.c.) unos 50 a 75 pF. a3) Cables de E/S analógicas y con- algunos valores típicos de capacidad a4) Cables de comunicaciones. En la tabla 3.3 siguiente se muestran de acoplamiento. tadores rápidos. CABLEADO EXTERNO.- El cableado de b) posibles perturbaciones deberán distribuirse por canalizaciones proviene del mayor peligro de interferencias y/o cableado destructivas exterior. pero el agravante para de canalizaciones. Los cables de cada una de las clases La independientes. el tencia debería ser metálica (tubo o problemática es la misma en ambos casos, Separación En concreto, la canalización para los cables de po- cableado exterior es que suele tener bandeja longitudes mucho más considerables y, ción). La canalización para cables de por tanto, la posibilidad de acoplamuchísimo mayor. A continuación se da una lista de reglas concretas, pero conviene tener una idea clara del porqué de las mis- mas, puesto que entender los motivos nos permitirá decidir en casos que no explícitamente contemplados. Los criterios básicos que debe seguir 230 agujeros señal puede ser metálica o miento y captación de radiaciones es estén con Electricidad Industrial de ventila- P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas no, pero por lo menos, los cables de señales analógicas comunicaciones apantallados. y los deberán de ser La figura 3.12 muestra un ejemplo con los distintos grupos de señales. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas podemos establecer una distribución estandarizada según se muestra a continuación. 14 Autómatas programables. Balcells- En el bastidor o rack central tenemos situada a la izquierda la fuente de alimentación (F.A). En la parte superior de esta tarjeta tenemos una especie de trampilla que nos permite acceder a la batería de la fuente de alimentación. Esta batería es del tipo recargable y tiene una duración determinada por lo que en caso Fig. 3.12. Distintos grupos de señales y si correspondiente cableado. 15 • Conexión de dispositivos en gabinetes y armarios. Los PLC´s pueden ser adquiridos en diferentes tipos de presentaciones, una configuración muy común es la denominada Rack o gabinete y algunas veces llamada armario (por el tipo de gabinete). La distribución y conexión de los componentes en un rack o armario puede ser muy variada dependiendo del 232 fabricante pero en general de fallo (indicado por el led BATT LOW) es necesario su sustitución. La misión Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas fundamental de esta batería está en inserta la memoria EPROM. Este tipo de programa, la hora y la fecha, datos que mantiene la información aunque no memoria RAM es una memoria que normalmente debe estar extraída, está tiene la particularidad de perder todo grabado el programa que va a ejecutar la alimentación). programa en el PLC si, por cualquier que la CPU conserve datos como son el almacena en una memoria RAM (La lo que tiene almacenado cuando pierde Debajo del LED de la batería tenemos un conmutador de RESET que nos sirve memoria tiene la particularidad de que esté alimentada. En esta tarjeta, que el PLC; nos va a servir para recargar el motivo, éste se borrase de la memoria RAM. para reinicializar el equipo cuando, por La Tanto la operación de cambio de extremada rapidez, en ella podemos batería como el reseteo del equipo se leer y escribir cuantas veces queramos; deben hacer cuando el autómata no su única pega es que pierde todo su está contenido ejemplo, hemos cambiado la batería. atendiendo fundamentales a de operaciones la instalación memoria RAM es un tipo de memoria que se caracteriza por su si le quitamos la alimentación. El microprocesador del (arranque, parada, grupo en marcha). PLC utiliza esta memoria para escribir Debajo órdenes 15 Autómatas programables. Balcells- del conmutador de reset tenemos tres leds que nos indican, cuando están encendidos, que las distintas tensiones de alimentación son correctas. Debajo de los datos (estado de las entradas, de salida, resultados intermedios,…) y recurre a ella para leer el programa. No se utiliza otro tipo de memoria (la EPROM, por ejemplo) porque, aunque tienen la ventaja de no los tres leds está el interruptor de encendido, el selector de voltaje y las bornas de conexión de la alimentación de la fuente. perder los datos cuando no tienen alimentación, son memorias mas lentas y que requieren complicados para procesos su mas borrado y regrabación: otra de las ventajas de la Al lado de la F.A. está situada la CPU, en la parte superior de esta tarjeta memoria RAM es que no necesitamos borrar tenemos una ranura en la que se Electricidad y Electrónica los datos que contiene, P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas escribimos directamente los nuevos datos sobre los que ya tiene grabados. Inmediatamente debajo tenemos un conmutador con las indicaciones RNST. Si el conmutador está hacia la posición RN, el PLC ejecuta el programa que tiene grabado (como se dice vulgarmente: “El programa está En la parte inferior izquierda de la CPU existe un conector cuya finalidad es enganchar en él una maleta de programación o un PC con los que variar el programa, introducir un nuevo programa, visualizar el funcionamiento del programa, etc. A la derecha de la CPU está instalada la corriendo”). Si el conmutador se pone tarjeta de comunicaciones (CP), esta programa se detiene en la instrucción autómata, a través de una red SINEC L- hacia la posición ST (STOP), el que esté ejecutando en ese momento el autómata. Debajo del conmutador RN-ST, la CPU dispone de dos leds que nos indican, cuando están encendidos, si el autómata está corriendo el programa tarjeta sirve para comunicar el 2, con: - Los instalación - otros autómatas (PLC1 y de la PLC3) El ordenador que sirve para la comunicación con el operador (SCADA) - El sistema de telemando (telem) (RN) o si bien el programa se ha para que en el despacho reciban las detenido (ST). distintas señales y desde el despacho Debajo de los dos leds de funcionamiento, existen otros tres leds con las indicaciones: QV, ZV y BA. Estos tres leds nos indican si la CPU ha detectado algún error interno conmutador con las indicaciones NRque debemos siempre hacia la posición NR 234 elementos de la instalación. Estas tarjetas, como indica su nombre, sólo trabajan con señales digitales, las señales digitales sólo admiten dos estados: Por debajo de los leds existe un RE-OR, se transmitan las órdenes hacia los mantener - [0] (o ausencia de tensión, contacto abierto,...) - [1] (presencia de tensión, contacto cerrado,...). Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Para acceder a las bornas de la tarjeta galvánicamente de campo a través de la carátula con las distintas señales. están situadas en la parte posterior de abrimos la tapa en la que está situada En la parte derecha del bastidor central unos Bornes relé (BS). Estos bornes los armarios. está situada la tarjeta de expansión, la A las tarjetas de salidas digitales les conectar mas tarjetas de entradas o analógicas (EA). Una señal analógica es salidas a través de un nuevo bastidor aquella que es variable en el tiempo (el de ampliación (situado, en este caso, ejemplo más típico que se suele poner central). misión de esta tarjeta es permitir en la parte superior Este nuevo del bastidor de una una tarjeta de entradas es el caso de una corriente alterna). En bastidor se el caso de nuestros autómatas a través tarjeta de sirven, solamente, para la información comunicará con el bastidor central a través sigue nueva de esta tarjeta se introducen datos que del operador (potencia activa del/los expansión. En el bastidor de ampliación, a la izquierda de la tarjeta de expansión, grupo(s), potencia reactiva, nivel de la cámara de carga,...) tenemos instaladas tres nuevas tarjetas A siguen tres tarjetas de salidas digitales digitales (ED), estas tarjetas tienen una aspecto muy estado de la entrada (si la entrada está estas tarjetas van a servir, por un lado, está el led está apagado). Con el fin de para que el autómata transmita las proveer un aislamiento galvánico del instalación (válvulas, motores, etc.) y, tarjetas de entradas digitales no se lámparas de funcionamiento y/o avería de campo; los elementos de campo se situadas en el armario PSM. conectan de entradas digitales a las que le (SD). Como vemos en el dibujo el de estas tarjetas es parecido a las de entradas digitales, órdenes a los distintos órganos de la por otro, para que se enciendan las Las tarjetas de salidas digitales, como las de entradas digitales, están aisladas continuación instaladas 6 de tarjetas la CPU de están entradas serie de lámparas que nos indican el activada el led está encendido, si no lo PLC con campo (la instalación), las conectan directamente a los elementos a unas bornas relé (BE) situadas en la parte posterior de los armarios, de los contactos libres de potencial de estas bornas relé se Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas toman las señales que entran en las Dichas especificaciones cubren tanto el específicos las alambrado de un PLC encargado de de campo llegan directamente a las Algunas clases y tipos de alambrado se tarjetas de entradas digitales. enuncian a continuación. Un ejemplo de rack´s para PLC de Clases y tipos de alambrado tarjetas. Sólo en (que algunos veremos casos en colecciones de esquemas) las señales SIEMENS se muestran a continuación en la figura 3.13. alambrado de los motores como el automatizar dicho centro de control. Clase I - Unidades Independientes Un centro de control de motores Clase 16 I debe consistir de agrupamientos de unidades combinadas, unidades de alimentación en derivación, o para otras unidades y los dispositivos eléctricos se deben arreglar en un ambiente adecuado. Clase II - Unidades Interconectadas Los centros de control de motores Clase II deben ser idénticos a los Clase I, Fig. 3.13. Montaje en Rack para el PLC de SIEMENS Simatic 35 PS. 16 excepto con la adición de los ínterbloqueos eléctricos y el alambrado entre unidades proporcionado por el fabricante, como se describe especificamente en los diagramas de control suministrados por el usuario. • Conexión con los componentes de un Centro de Control de Motores (CCM) Un CCM debe cumplir con especificaciones para su alambrado. 236 Alambrado tipo A En el alambrado tipo A, el alambrado realizado en campo por el usuario se conecta directamente a las terminales de los dispositivos internos de la Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas unidad. El alambrado tipo A se debe parte control de motores Clase I. unidades combinadas para control de proporcionar solamente en centros de Alambrado tipo B El alambrado tipo B de control y carga (campo) del usuario para unidades combinadas de control de motores tamaño 3 y más pequeñas, se debe designar como tipo B-D o B-T, de acuerdo con lo siguiente: i) Para el tipo B-D, el usuario se conecta directamente a las terminales de carga del dispositivo, Ias cuales se localizan inmediatamente adyacentes y fácilmente accesibles al ducto de alambrado vertical: conecta a un bloque de terminales de o adyacente a la unidad. Con el alambrado de carga tipo B para unidades de combinadas de control de motores mayores al tamaño 3, y para unidades alimentadas en derivación, el usuario se conecta directamente a las tipo C Con el alambrado tipo C el alambrado de control del usuario (campo) se conecta a bloques inferior de las motores o los ensambles de control. Las unidades combinadas de CCM y los ensambles de control se deben alambrar en fábrica a sus tablillas terminales maestras. Con el alambrado tipo C, el alambrado de carga para unidades combinadas de CCM tamaño 3 y más pequeñas, se conecta a tablillas terminales maestras montadas en la parte superior o inferior de las secciones verticales. El alambrado de carga para las unidades de control de en motores fábrica debe a a tablillas terminales maestras. Con el alambrado tipo C, el alambrado de carga para unidades combinadas de CCM mayores al tamaño 3 y para unidades de alimentación en derivación, el usuario se conecta a las terminales del dispositivo. Algunos ejemplos de alambrado de terminales del dispositivo. Alambrado o secciones verticales que contienen las alambrarse ii) Para el tipo B-T, el usuario se carga, superior de tablillas terminales maestras montadas en la componentes se dan a continuación en las figuras 3.14, 3.15, 3.16, 3.17 y 3.18. Cabe mencionar que estos ejemplos son en base a los CCM fabricados por NEOTEC, sin embargo, ni importa Electricidad y Electrónica el fabricante deben P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas cumplirse anteriores. las especificaciones 17, 18 Fig. 3.14. Ejemplo del cableado típico, para todos los tableros fabricados Ingeniería por 17 Neotec® Fig. 3.16. Detalle de la aplicación del cableado tipo C para un conjunto de arrancadores auxiliares, en donde todos los componentes son cableados a tablillas terminales Fig. 3.17. Detalle de forma y figura de cableado que Neotec 238 Ingeniería aplica en todos sus Electricidad Industrial Fig. 3.15. Identificación de las tableros líneas de conexión entre los P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas cables de señal y potencia con vistas a evitar las interferencias electromagnéticas. La figura 3.19 da una idea esquemática de la situación de los distintos elementos dentro de un armario de control que contenga un autómata de gama alta con distintos elementos auxiliares y muestra la distribución interna de cableado, separando claramente los distintos tipos de señales y cables de potencia. DISTRIBUCIÓN Y CABLEADO DEL PLC EN EL ARMARIO DE CONTROL.- Debe escogerse la ubicación más conveniente del armario de control y en función de ella su tipo y grado de Fig. 3.19. Situación de un autómata modular y sus distintos bloques en un armario de protección. Asimismo, debe elegirse la ubicación del autómata dentro de dicho armario, tanto a efectos de ventilación como a efectos de separación de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas En muchos casos,20,sobre todo con au21 19, tómatas de gama baja, éstos deben si- tuarse en el interior de armarios conjuntamente con equipos de electrónica de potencia. En tal caso, el equipo de electrónica de potencia debe elegirse con caja metálica y conectar ésta a tie- rra. Los cables provienen de de potencia que convertidores de frecuencia o equipos de tiristores, es recomendable aislarlos en el interior de una canalización metálica blindada Conviene remarcar además algunas para evitar que perturben las señales reglas respecto al armario de control: del a) autómata, sobre todo si hay El armario debe ir conectado a la señales analógicas. El diagrama de la tierra de la instalación a través de un figura 3.20 muestra un ejemplo de conductor de cobre desnudo. disposición de los distintos componentes dentro del armario de control y su cableado interno para estos casos. b) Asegurar que las puertas y distintas partes del armario tienen una buena conexión a tierra y que ésta no resulta impedida por contacto entre partes pintadas, bisagras, tapas atornilladas, juntas de goma, etc. Concretamente las puertas deben unirse a tierra a través de trenzas conductoras (prácticamente una por bisagra). c) Si en el armario existen tomas de corriente o fluorescentes para alumbrado, deben separarse con rejillas EJERCICIO. 240 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Se desea conectar un dispositivo de control desde un PLC hasta un módulo de actuadores distancia. Si capacidad situado la del a 10m capacitancia cable no b) De y instalación del cableado de un debe PLC con un sistema controlador sobrepasar los 750pF, determina el Sol. De la tabla se tiene que un par trenzado tiene como máximo una capacidad de acoplamiento de 75pF por metro, entonces si es un cable de 10m la capacidad total será: 10x75 = 750, como este valor no sobrepasa el límite entonces el cable utilizado debe ser el par trenzado de 0.02mm². diagramas realiza con ayuda del PSP la o la tabla 3.3. a manuales de operación de PLC, de tipo de cable a utilizar auxiliándote de acuerdo de motores. c) Lleva a cabo el procedimiento o procedimientos descritos por el PSP para llevar a cabo tal efecto. d) Selecciona, manuales, con las base en características eléctricas del cableado a utilizar al implementar el sistema de control con PLC. e) Realiza un resumen procedimientos y de los criterios utilizados al implementar un control de motores con PLC, señalando las ventajas y desventajas de utilizar dichos procedimientos. f) Realiza una propuesta de mejora 22, 23 Autómatas programables. Balcells- Realización del ejercicio para los procedimientos utilizados. g) Elabora Competencia lógica. Realizar las conexiones conclusiones de compañeros de grupo. los congruentemente el procedimiento. cinco personas en lo realizado y comenta con tus controles eléctricos, describiendo a) Organícense de equipos de 3.2.3 Electricidad y Electrónica PRUEBAS. P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas pruebas, el cuidado y mantenimiento del equipo eléctrico se debe llevar a cabo sólo por personal o electricistas, bien entrenados, ya que Las pueden estar presentes altos voltajes y corrientes que podrían causar lesiones o daño al equipo; por lo que se Se deben precauciones mediciones de corriente. Otras consideraciones que se deben tomar en cuenta son la seguridad propia (del técnico) y la seguridad del equipo con que se está trabajando, esto significa que algunas pruebas no se recomienda lo siguiente: - protección por fusibles para todas las tomar posibles todas que no podrán desarrollar cuando la las máquina está en operación debido a se los riesgos de seguridad, pero hay puedan anticipar en la prueba del otras donde es necesario realizarlas equipo. con equipo energizado y, entonces, se ha desenergizado el área de trabajo, condiciones - Siempre se debe estar seguro que se que se han colocado candados y/o tarjetas en cualquier situación en la requiere de un ayudante para observar vital importancia observar las medidas de seguridad todo el tiempo, para esto, no inseguras. Es de que se pueda estar en contacto con el olvide circuito o el equipo. colocación de tarjetas y candados, usar - Asegurarse de que el circuito no se el equipo y ropa apropiada y, por excepto el responsable del trabajo. de tas herramientas e instrumentos - Usar equipo de prueba bien diseñado apropiados. y mantenido, para probar, reparar y Existen - se han seleccionado las siguientes: de pueda energizar por cualquier persona mantener sistemas y equipo eléctrico. Usar apropiado, el equipo como de son seguridad lentes de seguridad, guantes aplicar las técnicas de supuesto, hacer una correcta selección numerosas pruebas que pueden realizarse a los sistemas pero continuidad, de voltaje y de operación las que serán descritas a continuación. aislantes, dieléctricos, etcétera. casco, zapatos Se requiere de una inspección de todas - Asegurarse que los multímetros para las partes de un sistema antes de que trabajar en los circuitos de fuerza se energice, esta inspección se lleva a contengan la protección adecuada en cabo para asegurarse que cada módulo todas 242 las entradas, incluyendo la está en su localidad correcta, montado Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas en forma segura, debidamente alambrado y programado en forma La interferencia inducida puede producir energizaciones falsas de los apropiada. dispositivos Asegúrese de que el controlador y todo equipo, para esto se recomienda ver el las instrucciones del fabricante. equipo la salida, las cuales pueden causar daño al personal o al (hardware) asociado se encuentre montado en forma segura y en de posición apropiada. Las La figura 3.21 procedimiento da para una idea del verificar el conexiones perdidas causan vibración, funcionamiento de un sistema las cuales pueden producir pérdida de contro, con PLC. circuitos abiertos e inclusive arcos describirán a continuación han sido de las ranuras en cada módulo. que en esta parte sólo se hace una contacto (en enchufes) en las tablillas, eléctricos. Se debe verificar la posición Algunas de las pruebas que de se tratadas en unidades anteriores, por lo revisión de algunas de ellas y cuándo La separación de líneas de distinto tipo, reduce la posibilidad de introducir interferencia electromagnética sobre deben ser usadas. • De continuidad. las líneas, ya que la interferencia Una de las pruebas que se deben hacer señales falsas y causar errores de fusibles y conductores, o bien, si los electromagnética puede producir programación. para determinar la condición de los contactos están abiertos o cerrados en Asegurarse de que el controlador esté los switches o desconectadores que tierra apropiada una prueba de continuidad. conectado a tierra. de seguridad Una conexión a es una precaución importante en una instalación eléctrica, esta conexión a tierra apropiada es especialmente importante en una aplicación de un controlador programabíe, ya que una conexión deficiente puede conducir a que la interferencia sea inducida en el han sido removidos de un circuito es Verifique todas las conexiones del alambrado desde principal hasta entrada del el los desconectador dispositivos controlador, de los dispositivos de salida, los cables de comunicación y de expansión y los puentes-unión. Un puente-unión es interior del controlador. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas alambrado, estos procedimientos incluyen las separación física de las líneas principales de alimentación de las líneas de entrada, de las líneas de entrada de las líneas de salida, de las líneas de comunicación corriente fuerza y alterna de de las (C.A.) las líneas de las de de de corriente directa. 24 Fundamentos de Fig. 3.21 esquema que muestra el orden de inspección de un sistema. una unidad de voltaje dual usada para ajustar la capacidad de potencia del controlador y debe estar siempre en su posición correcta. Verifique para asegurar que todas las conexiones de los alambres están fijas y que se procedimientos 244 han seguido apropiados los de Electricidad Industrial 24 P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas La continuidad puede verificarse en cualquier elemento sospechoso siendo éstos fusibles, cables, contactos, etc. Y cada elemento debe ser considerado diferente, es decir, el procedimiento para revisar continuidad no siempre es el mismo en todos los casos aunque si semejante. En las figuras 3.22 y 3.23 damos algunos ejemplos de verificación de continuidad para un fusible siendo verificado de dos maneras distintas y por instrumentos de verificación distintos entre sí. • De voltaje. Asegurarse entrada a es que el correcto, voltaje de de acuerdo las especificaciones y alambrado del controlador programable, un voltaje excesivo puede dañar al controlador y un producir voltaje inadecuado puede mal funcionamiento, por ejemplo, se puede producir un daño muy severo cuando se aplican 230 V a un controlador que opera a 115 V, esto Fig. 3.22. Verificación de continuidad en un fusible usando un Óhmetro. puede ocurrir 25 25, 26 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas programables se resuelven por la sustitución de las tablillas y módulos del PLC. La mayoría de los fabricantes proporcionan una lista de las partes recomendadas que se deben tener como repuestos en el almacén, esta lista normalmente incluye un módulo sencillo de reemplazo para cada unidad central de alimentación de procesamiento fuerza y y partes equivalentes al 10% del número total de módulos de entrada/salida usadas en el sistema; por lo general, los módulos de salida tienen más fallas que los módulos de entrada, debido a que están conectados a cargas con altas corrientes. La medición de voltajes debe hacerse en las partes principales del PLC y donde sabemos que la falta de uno de los voltajes puede determinar el funcionamiento correcto del sistema. Las señales e información son enviadas a un controlador programable usando dispositivos de entrada, tales como: Estaciones de botones, switch cuando los puentes no están colocados (interruptores) Se debe contar con suficientes partes los dispositivos de entrada se conectan de tener al módulo de entrada del controlador disponibles, ya que muchos de los programable, pero el controlador no en su posición correcta. repuesto, se deben problemas en los controladores lógicos 246 límite, interruptores (switch) de nivel y switch de presión, recibe la información apropiada si los Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas dispositivos de entrada o el módulo de no correctamente. entrada A están continuación operando damos algunas indicador debe estar iluminado cuando el vóltmetro indica la presencia del voltaje de alimentación. La figura 3.24, indica la conexión de un recomendaciones para verificar voltajes multímetro para medir voltajes en el en el módulo de entrada del PLC. módulo de entrada de un PLC. entrada del módulo para asegurar que dispositivos de entrada en el monitor Medir el voltaje de alimentación en la si hay energización a los dispositivos de entrada. En caso de que no exista energía, se debe alimentación principal. verificar la Monitorear de la los símbolos terminal de programable, los los símbolos deben estar intensamente iluminados cuando el vóltmetro indica la presencia de un voltaje de alimentación. Cuando el dispositivo de Medir el voltaje desde el switch de control no entrega el voltaje apropiado, control. Para esto, conectar el medidor se debe reemplazar el dispositivo de al mismo tornillo terminal al cual el control, en caso de que el dispositivo dispositivo de entrada está conectado. de control entregue el voltaje correcto, Cuando el switch de control está cerrado el vóltmetro debe tener como lectura el voltaje de alimentación, entonces leído por el vóltmetro debería ser voltaje de alimentación cuando los dispositivos de control son de estado sólido, no se puede porque se tiene una caída de voltaje entre 0.5 y 6 V. Cuando el switch de control está abierto, el vóltmetro debe leer cero (OV) o un voltaje muy pequeño. Se debe monitorear el indicador de estado del módulo de entrada, reemplazar indicador de estado no se ilumine. tipo contactos mecánicos. El voltaje al debe el módulo de salida, siempre que el siendo los dispositivos de control del cercano se este Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 27 Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Enriquez 248 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas probar un sistema, ya que pudieran haber problemas intermitentes y cualquier cambio no esperado en el conocimiento de la máquina podría provocar lesiones. − En vacío. La prueba en vacío significa que el controlador programable está en modo de prueba del programa en donde, los dispositivos de potencia (motores) no están energizados en el sistema con al intención de no dañarlos. En esta parte puede verificarse algún error de programación en el PLC y • De operación. El sistema completo se puede probar después de que todos los dispositivos de salida, dispositivos de entrada y cambiar los parámetros que estén provocando algún malfuncionamiento en la operación del sistema en general. programas se hayan probado, siempre La mayoría de los consoladores lógicos listo para operar cuando se pruebe el de se debe tener un botón de emergencia sistema, el botón de paro de programables (PLC) incluyen un modo prueba, además del nodo de prueba, el programa y corre (Mode Programa and emergencia, llamado también botón Run), maestro y retira la energía de los realmente esté en la posición DENTRO instalaciones OPERACIÓN DEL SISTEMA SE SIMULA maestro, desenergiza el relevador dispositivos de salida. En todas las de controladores en el modo de procesador ejecuta el programa sin que (ON), un dispositivo de salida, LA programables para parar se requiere SIN ENERGIZAR LAS CARGAS. relevador maestro de paro. puede tener cambios no esperados, un botón de emergencia, que opera un Todo el personal se debe mantener retirado del controlador y del equipo cuando se aplica la alimentación para El programa se debe probar porque debido a superiores temperaturas a las elevadas nominales, a las interferencias electromagnéticas, a los Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas voltajes transitorios, o bien, a alguna - Localización maniobra no autorizada. módulos Se debe verificar el programa para entrada. cambios en cualquier momento en que parezca que el sistema no - esté operando en forma apropiada y que los Localización - Se debe asegurar también que se tenga procedimiento: que el programa en el controlador se pueda recargar usando el programa de respaldo si hay un problema. − Normal El procedimiento de arranque se debe usar siempre que un sistema se haya instalado y se hagan cambios en el software y hardware, se debe usar en cualquier momento que se aplique la localización controlador de fallas. lógico Para un programable aplicado en el control de procesos industriales, un arranque puesta o procedimiento consiste de lo siguiente: en de operación Inspección del sistema. - Incapacitar el movimiento que producen los dispositivos salida. - 250 Verificación del programa. de probar NORMAL, 1. de fallas en los dispositivos de el se sistema en su modo aplica el siguiente Energice el primer dispositivo de salida y deje los otros dispositivos de salida desenergizados. 2. Coloque el controlador en el modo operación. 3. Cicle el circuito de control hasta que el primer dispositivo de salida esté activado. 4. Coloque el controlador en el MODO PROGRAMA O PRUEBA, cuando el primer dispositivo de salida opere en forma apropiada. 5. - en los Prueba del sistema. Para un programa de respaldo, de manera fallas módulos y dispositivos de salida. dispositivos de entrada y salida den la impresión que están operando. y de Energice el segundo dispositivo de salida con el controlador en el MODO PROGRAMA O PRUEBA, localice la falla en el dispositivo de salida cuando no opere. Verifique el programa para errores de programación cuando el Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas dispositivo apropiada. 6. no opere en forma control de motores” ubicada en la pág. Coloque el controlador en el MODO OPERACIÓN (RUN). 7. Cicle el circuito de control hasta que el segundo dispositivo de salida esté activo. 8. Coloque el controlador en el MODO PROGRAMA O PRUEBA, cuando el segundo dispositivo opere en forma apropiada. 9. Energice el siguiente dispositivo de salida con el controlador en el MODO PROGRAMA o PRUEBA y pruebe el siguiente dispositivo de salida y los otros dispositivos de salida, usando el mismo método en forma similar al primer y segundo dispositivo. La figura 3.25 muestra el procedimiento para la prueba NORMAL del sistema con PLC. Realización del ejercicio. Para finalizar el tema, realiza en equipo la práctica No.7 “Pruebas de voltaje en los módulos de entrada y salida de un PLC en sistemas de Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 252 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas PRÁCTICAS Y LISTAS DE COTEJO Unidad de 3 aprendizaje: Práctica número: 6 Nombre de la Identificación de Autómatas práctica: Programables (PLC´s) Propósito de la Al finalizar la práctica, el alumno identificará las características técnicas de práctica: Autómatas Programables de acuerdo a los Manuales de Especificaciones de Escenario: Laboratorio. Duración: 4hrs. distintos fabricantes para su aplicación en control de motores. Materiales Maquinaria y equipo Electricidad y Electrónica Herramientas P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Catálogos de distintos fabricantes de PLC’s. • Mesa de trabajo • Pinzas de punta • • Pinzas de corte • Hojas de datos técnicos • de PLC’s, de diferentes • fabricantes • Sistema de control de motores propuesto por el PSP Procedimiento 254 Electricidad Industrial Desarmador plano Desarmador de cruz P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. 1. Tener listos los manuales de PLC. 2. Tener listos los circuitos y diagramas a emplear. Desarrollo de la práctica: Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 1. De acuerdo al sistema propuesto por el PSP determina los mínimos requerimientos que necesitaría un Autómata Programable (PLC) para dicho sistema. 2. Describe las características necesarias para el control de un proceso específico. 3. Identifica las características listadas a continuación de un PLC para el control del sistema propuesto utilizando manuales de fabricantes. i. ii. iii. iv. v. vi. Fuente de alimentación Interfaces de entrada/salida (tipos) Número de entradas digitales Número de salidas digitales Número de entradas analógicas Número de salidas analógicas vii. Lenguaje de programación que maneja viii. Tipo de comunicaciones locales que soporta ix. Tipo de Buses de campo que maneja 4. Determina los PLC´s que cumplen los requerimientos utilizando los manuales del fabricante. 5. Elabora una tabla donde se muestren las marca y el modelo de los PLC´s que seleccionaste. 6. Propón el PLC que en base a las características técnicas mejor se adapte a la solución del ejercicio 7. Justifica la decisión tomada. 8. Elabora un esquema del PLC seleccionado indicando todos y cada uno de los parámetros necesarios con los que cumple el PLC. 9. Elabora conclusiones por equipos de los resultados obtenidos. 10. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes. 11. Elaborar un informe individual del análisis de los manuales, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. 12. Limpia tu área de trabajo. 256 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Pruebas de continuidad y voltaje en un circuito de control Lista de cotejo de la práctica número 6: Nombre del alumno: A continuación se presentan los criterios que van a ser Instrucciones: verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Determinó los requerimientos mínimos necesarios para el sistema propuesto por el PSP. 2. Describió las características necesarias para el control de un sistema de motores.. 3. Fuente de alimentación 4. Interfaces de entrada/salida (tipos) 5. Número de entradas digitales. 6. Número de salidas digitales 7. Número de entradas analógicas. 8. Número de salidas analógicas. Electricidad y Electrónica Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 9. Lenguaje de programación que maneja 10. Tipo de comunicaciones locales que soporta 11. Tipo de Buses de campo que maneja 12. Determinó los PLC´s que cumplen los requerimientos utilizando los manuales del fabricante 13. Elaboró una tabla donde se mostraron las marcas y el modelos de los PLC´s que seleccionó 14. Propuso el PLC que en base a las características técnicas que mejor se adapte a la solución del sistema propuesto. 15. Justificó la decisión tomada 16. Elaboró un esquema del PLC seleccionado indicando todos y cada uno de los parámetros necesarios y con los que cumple el PLC. 17. Elaboró conclusiones por equipos de los resultados obtenidos 18. Comentó grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes. 19. Limpió el área de trabajo. 20. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Observaciones: PSA: 258 Hora de Hora de inicio: término: Electricidad Industrial Evaluación: P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Unidad de 3 aprendizaje: Práctica número: 7 Nombre de la Pruebas de voltaje en los módulos de práctica: entrada y salida de un PLC en sistemas de control de motores. Propósito de la Al finalizar la práctica, el alumno aplicará procedimientos de prueba en práctica: sistemas de control con PLC, verificando los parámetros del sistema en Escenario: Laboratorio. Duración: 4hrs. manuales y especificaciones del fabricante. Materiales Maquinaria y equipo Electricidad y Electrónica Herramientas P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas • Manual de simbología de • escalera SIEMENS • Manual de simbología de escalera ALLEN-BRADLEY • • PLC SIEMENS O ALLEN- • Pinzas de punta BRADELY • Pinzas de corte Multímetro digital • Diagrama de control de motores sugerido por el PSP. • • Diagramas de escalera Diagramas de alambrado Procedimiento 260 • Electricidad Industrial Desarmador plano Desarmador de cruz P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. 1. Tener listos los manuales del PLC a emplear. 2. Tener listos los manuales de simbología 3. Tener listos los circuitos y diagramas a emplear Precaución. ¡En este experimento de laboratorio se utilizan altos voltajes! ¡No haya conexiones con la fuente de energía encendida! ¡ Asegúrese de colectar la terminal de tierra de la fuente de energía con todos y cada uno de los componentes! Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Desarrollo de la práctica: PRUEBA DE VOLTAJE EN MÓDULOS Y DISPOSITIVOS DE ENTRADA. 1. Identifica el módulo de entrada del PLC seleccionado. 2. Mide el voltaje de alimentación en el módulo de entrada como se indica en la figura 1. 262 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 3. Consulta el manual del fabricante para determinar el voltaje que debes medir con el multímetro. 4. Si no hay energía, verifica la alimentación principal. 5. Coloca ahora el multímetro desde el switch de control como se indica en la figura 2. 6. Verifica que, cuando el switch está cerrado, el vólmetro indique el voltaje de alimentación. 7. Verifica que, cuando el switch está abierto se tiene un voltaje de 0 VCD. 8. Monitorea el indicador de estado del módulo de entrada que deberá estar encendido cuando hay presencia de voltaje de alimentación. 9. Verifica en la terminal (computadora) que los símbolos correspondientes se encuentren iluminados. 10. Reemplaza el dispositivo de control en caso de que este no entregue el voltaje el voltaje correcto. 11. Por último, reemplaza el módulo de salida siempre y cuando, el indicador de estado no se ilumine. PRUEBA DE VOLTAJE EN MÓDULOS Y DISPOSITIVOS DE SALIDA. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 12. Identifica el módulo de salida del PLC seleccionado. 13. Coloca el multímetro en las terminales del módulo de salida como se indica en la figura 3. 14. Mide el voltaje a la salida para verificar que el dispositivo de salida está alimentado. 15. Verifica en el manual del fabricante el voltaje medido. 16. Verifica la alimentación principal del controlador en caso de que no exista voltaje a la salida del módulo. 17. Coloca el multímetro como se indica en la figura 4. 18. Mide el voltaje entregado por el módulo de salida al dispositivo solenoide 19. Verifica el voltaje anterior usando los manuales del fabricante. 264 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 20. Verifica que el indicador de estado está encendido cuando existe voltaje de alimentación. 21. Verifica que el símbolo correspondiente está iluminado en la terminal del PLC (computadora) cuando hay voltaje de salida. 22. Reemplaza el módulo de salida en caso de que no exista el voltaje medido. 23. Comenta grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes. 24. Guarda los instrumentos y materiales utilizados en la práctica. 25. Limpia el área de trabajo. 26. Elabora un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, observaciones y las conclusiones. incluyendo los procedimientos realizados, las Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Lista de cotejo de la práctica Pruebas de continuidad y voltaje en un circuito de control número 7: Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. 4 Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. 1. Identificó el módulo de entrada del PLC seleccionado 2. Midió el voltaje de alimentación en el módulo de entrada como se indicó en la figura 1 3. Consultó el manual del fabricante para determinar el voltaje que debe medir con el multímetro 4. Si no hay energía, verificó la alimentación principal. 5. Colocó el multímetro desde el switch de control como se indicó en la figura 2. 6. Verificó que, cuando el switch está cerrado, el vólmetro indica el voltaje de alimentación 7. Verificó que, cuando el switch está abierto se tiene un voltaje de 0 VCD. 8. Monitoreó el indicador de estado del módulo de entrada que debe estar encendido cuando hay presencia de voltaje de alimentación 266 Electricidad Industrial Si No No Aplica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 9. Verificó en la terminal (computadora) que los símbolos correspondientes se encuentran iluminados 10. Reemplazó el dispositivo de control en caso de que este no entregue el voltaje el voltaje correcto 11. Por último, reemplazó el módulo de salida siempre y cuando, el indicador de estado no se ilumine 12. Identificó el módulo de salida del PLC seleccionado 13. Colocó el multímetro en las terminales del módulo de salida como se indicó en la figura 3 14. Midió el voltaje a la salida para verificar que está alimentado 15. Verificó en el manual del fabricante el voltaje medido 16. Verificó la alimentación principal del controlador en caso de que no exista voltaje a la salida del módulo 17. Colocó el multímetro como se indica en la figura 4 18. Midió el voltaje entregado por el módulo de salida al dispositivo solenoide 19. Verificó el voltaje anterior usando los manuales del fabricante 20. Verificó que el indicador de estado está encendido cuando existe voltaje de alimentación 21. Verificó que el símbolo correspondiente está iluminado en la terminal del PLC (computadora) cuando hay voltaje de salida 22. Reemplazó el módulo de salida en caso de que no exista el voltaje medido 23. Comentó grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis y completar los reportes correspondientes 24. Guardó los instrumentos y materiales utilizados en la práctica 25. Limpió el área de trabajo. 26. Elaboró un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas. Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Observaciones: PSA: Hora de Hora de inicio: término: Evaluación: RESUMEN Para terminar el curso y el manual en este capítulo tres se han sentado las bases y principios de funcionamiento para al controlador electrónico quizá de mayor importancia en entornos industriales conocido como Autómata programable (PLC). Comenzamos una descripción de todos y cada uno de los componentes de un autómata programable siendo una de las partes principales del sistema: la unidad central de proceso que se 268 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas encarga de realizar todas las se encargan de recibir las señales de operaciones. control y enviar las señales a los distintos dispositivos controlados respectivamente y por último la fuente necesarias para el funcionamiento del de alimentación que es parte sistema, la memoria del procesador fundamental del sistema programable condiciones de entrada y salida necesarios y de operación del PLC. que se encarga de almacenar las ya que suministra los voltajes iniciales y de término en los procesos, las interfaces de entrada y salida que Parte importante para el modo de estandarizada aunque existen un programación del PLC en un entorno número de instrucciones y símbolos computador para que el operario tenga fabricante la oportunidad de programar el sistema acuerdo a sus propios diseños de PLC. de En nuestro caso hemos analizado y industrial es la interface mediante un acuerdo a las necesidades estandarizados por lo general cada utiliza la simbología de presentes. aprendido alguna simbología para el Debemos tener presente, para este fin, caso de Allen-Bradley y Siemens. Las el tipo de interface necesaria para diferencias entre uno y otro se han compatibilidad del PLC con el elemento correspondiente. de programación no siempre es buena, Algunos de esta forma, debe definirse el tipo de implementarse en forma modular ya interface a función de éstos elementos es la de Así como pueden diseñarse diagramas sistema. Mucho PLC de gran capacidad de escalera para circuitos eléctricos se de procesamiento vienen generalmente utilizando diagramas de escalera para colocar PLC. procesamiento, se colocan las unidades La simbología empleada en diagramas de programar nuestro PLC ya que, la PLC, unidad de programación y la o conexión ambos sistemas. compatible pueden diseñar procesos de control de escalera no siempre es determinado en sistemas el de apartado PLC pueden sea en gabinetes o bien en armarios, la proteger los equipos y al operario del en forma modular donde, además de la memoria unidad y las alimentación del sistema. Electricidad y Electrónica central fuentes de de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Se han incluido ejemplos de análisis de que deben ser cableados los mismos objeto de que el alumno se familiarice en la selección de cables para tal sistema automatizados. muestran la forma de cableado para No sólo hemos incluido ejemplos de algunos fabricantes en particular pero que, distintos CCM. diagramas de escalera para PLC son el con el uso y la interrelación de los análisis en diagramas de escalera si no se han incluido ejemplo de tomando en cuenta distintos criterios efecto, se han colocado fotografías que estas formas pueden extrapolarse para la Se ha hecho un diagrama modular que intención de que el alumno pueda muestra como debe ser conectado un pueda ir de uno a partir del otro. control automatizado de motores en diagramas de cableado, con interpretar ambos tipos de diagramas y Hemos determinado algunos criterios que deben tomarse en cuenta al PLC en un CCM para llevar a cabo el una planta industrial y que debe ser tomado muy en cuenta al momento de momento de diseñar un cableado en un implementar entorno industrial desde considerar los automatizados. calibres Por último y para terminar al unidad se de los consideraciones interferencia cables eléctricas haciendo una hasta o de relación entre logitudes y perdidas impedancias describen sistemas las de CCM pruebas de funcionamiento que deben aplicarse a un sistema automatizado pruebas de donde Henos hecho un breve resumen y continuidad que se aplica a cables, descripción de la conexión de los conectores, contactos, fusibles, etc., y o armario (PLC modular) indicando la susceptibles distribuidos en dicho gabinete y las La prueba de voltaje es fundamental ya consideraciones que deben tomarse que entre componentes y cableado. entrada y salida del PLC que conllevan manera en que comúnmente vienen para evitar al máximo la interferencia Continuamos explicación con de la una breve disposición de componentes de un CCM y al forma en 270 las PLC y capacitancias. componentes de un PLC en un gabinete destacan con en general todos aquellos dispositivos a padecer anomalía de continuidad. permite identificar alguna fallas de suministro o entrega en los bloques de un mal funcionamiento tanto en las etapas Electricidad Industrial de entrada como de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas accionamiento de los dispositivos de Esperamos que este manual te sea de Las pruebas de funcionamiento que aprendizaje y a lo largo de tu curso. potencia. han sido consideradas son las de vacío gran ayuda en el proceso Gracias. y las de operación normal. En la prueba de vacío la mayoría de los autómatas cuenta con una opción de pruebas sin energizar el bloque de salida lo cual, impide que se accionen los elementos actuadores o de potencia energizando los circuito finales como motores. Para la prueba normal de operación hemos descrito un procedimiento de tal forma que se pueda desenergizar el circuito de forma inmediata y emergente ante cualquier anomalía que pueda presentar la programación del PLC o bien en la etapa de alambrado. AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 3 1. Describe brevemente lo que es un PLC. 2. ¿Qué función realizan las interfaces de entrada/salida? 3. ¿Cuál es la función de la Unidad Central de Proceso? 4. Describe la función de la memoria interna de un PLC. 5. Describe la memoria de programa de un PLC. 6. Menciona las clasificaciones de las interfaces entrada/salida de un PLC. 7. ¿Qué es una interface de programación? 8. Al diagrama de escalera se le conoce también como: 9. Elabora el dibujo de al menos tres símbolo que utiliza Allen-Bradley en los diagramas de escalera, indicando su función. 10. ¿En cuántas clases se divide el cableado externo para un PLC? Electricidad y Electrónica de P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 11. Menciona las clases y tipos de alambrado para un CCM. 12. Menciona algunas consideraciones para el armario de control en un CCM. 13. Describe brevemente la prueba de voltaje en un PLC. 14. ¿Por qué se denomina prueba en vacío? RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS Capítulo 1 272 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 1. Es un dispositivo electromecánico que transforma la energía eléctrica en energía mecánica 2. Se pude producir permanentes. mediante electroimanes o bien utilizando imanes 3. El motor de inducción es sencillo desde un punto de vista mecánico y, por lo tanto, resulta económico. Es resistente y prácticamente no necesita mantenimiento 4. El campo magnético rotativo induce (de ahí su nombre) un campo magnético en el rotor que se opone al primero, resultando en un par que hace que el rotor gire en el mismo sentido del giro del campo magnético rotativo. 5. Jaula de ardilla. 6. Giran a la misma frecuencia de la línea de alimentación 7. Corriente continua, corriente alterna polifásica y motores síncronos. 8. El par motor en los motores eléctricos es la fuerza giratoria desarrollada por el motor. También se le pueden mencionar como la resistencia a la fuerza giratoria ofrecida por la carga impulsada. 9. Velocidad constante, regulable, varias velocidades, variable y variableregulable. 10. Armadura 12. El número de polos que ésta contiene. 13. El requisito de este tipo de arranque es simplemente la conexión directa 11. Rotor, armadura o estator, escobillas y devanados. del motor a la línea de alimentación 14. Que se tiene una corriente muy grande de arranque. 15. El arranque a tensión reducida se obtiene mediante el uso de re- sistencias, autotransformadores o reactancias a fin de reducir la tensión de la línea hasta el valor deseado durante el arranque 16. El método más general de parada es simplemente desconectar el motor de la línea interrumpiendo el circuito de la bobina del contactor, si se trata de un arrancador electromagnético, o disparando los contactos de un arrancador manual, con un botón de parada. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 17. La inversión de giro en un motor de corriente alterna se logra conectando el motor a la línea en una sucesión determinada de fases para que el motor gire en uno u otro sentido 18. 19. Variando la frecuencia de la línea de alimentación. Sobre carga, fase abierta, sobre velocidad, campo abierto e inversión de corriente. Capítulo 2 1. Bloque de entrada, bloque de comunicación hombre-máquina, bloque de control, bloque de salida y bloque de potencia 2. En esta etapa se encuentran todos aquellos componentes que sirven de interfase entre el circuito de control y el operador del sistema. 3. Es un tipo de controlador digital ya que no utiliza señales continuas en el tiempo ya que las variables se definen sólo con dos valores es decir, estos controladores trabajan con señales todo o nada llamadas también señales binarias. 4. Es un dispositivo que puede suministrar varias disposiciones de contacto mediante la rotación de un solo interruptor 5. Un botón pulsador tiene acción mientras se aplique la presión por el operario, un botón sostenido tiene acción cuando se aplica un presión por el operario y permanece activo hasta que se le indique otra cosa. 6. El interruptor de pedal. 7. Los contactores magnéticos son interruptores accionados mediante electromagnetismo, que proporcionan un medio seguro y conveniente para conectar que interrumpir circuitos derivados. 8. Estos limitan la cantidad de corriente a un valor predeterminado. Estos relés tienen elementos térmicos o magnéticos conectados en las líneas del motor para limitar la excesiva corriente. 9. Al trabajo: si sus contactos temporizados actúan después de cierto tiempo de haber sido energizado; Al reposo: sus contactos temporizados actuaran 274 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas solamente después de cierto tiempo de que el temporizador haya sido desenergizado. 10. 11. Sistemas hidráulicos y neumáticos La finalidad de un interruptor de flujo es detectar el flujo líquido, aire o gas a través de una tubería, o conducto y transformarlo en la acción de apertura o cierre de un juego de contactos. 12. Son dispositivos electrónicos empleados para el control de presencia, ausencia, fin de recorrido, etc., sin necesidad de entrar en contacto directo con las piezas. 13. Los fusibles están divididos en dos grandes grupos: fusibles de baja 14. una lámpara piloto tiene la función de indicar cuando el motor está en tensión (600 V o menos) y fusibles de alta tensión (mas de 600 V ) . operación, de esta forma, si el motor arranca puesta en funcionamiento la lámpara con los piloto estará encendida de lo contrario, la lámpara estará apagada cuando el motor se encuentra afuera de funcionamiento. 15. Terminales de línea, terminales de contactos auxiliares, terminales de contactos de bobina, terminales de relevador de sobrecarga , terminales del motor. 16. El diagrama de línea indica en un tiempo relativamente corto, una serie de información que se relaciona y que podría tomar muchas palabras para su explicación. El diagrama de línea muestra básicamente dos cosas: (1) la fuente de alimentación (que se muestra a veces con línea más gruesa); (2) cómo fluye la corriente a través de las distintas partes del circuito, como son: estaciones de botones, contactos, bobinas, etcétera, que se muestran en los diagramas, por lo general con líneas más delgadas. 17. Norma americana (NEMA9 y norma europea (DIN) 18. resistente al polvo.- Una caja de protección contra el polvo va provista de empaquetaduras o sus equivalentes que impiden la entrada de polvo. Satisface a las características de resistente al polvo; aprueba de explosión.Una caja de protección del tipo 10 está proyectada para cumplir los requisitos de resistencia a la explosión especificados por el Boureau of Mines que pudde presentarse de tiempo en tiempo, es adecuado para ser utilizado en las minas de carbón. Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 19. El Centro de Control de Motores, más conocido por la sigla CCM, se utiliza para el comando y protección de motores asincrónicos trifásicos hasta potencias medianas y circuitos de consumos varios. Puede realizarse con equipamientos montados sobre bandejas extraíbles o fijas. 20. Se van desarrollando por etapas sucesivas cada una de las cuales provee la función de control que se desea realizar, para empezar una correcta planeación, diseño o proyecto debemos considerar que hay dos tipos básicos de circuitos de control: los tres hilos y los de dos hilos. Estas designaciones derivan del hecho de que a la bobina del contacto, llegan tres hilos en el primer caso y dos en el segundo. 21. Por “ruteo” debemos entender el seguimiento de conexiones y cableado de las mismas a través de un sistema de control y no sólo en panel de conexiones si no que, nos referimos al seguimiento del tendido de cables en una instalación industrial. Capítulo 3 1. Un Controlador Lógico Programable (PLC) es un equipo electrónico de control con un cableado interno (hardware) independiente del proceso a controlar, que se adapta a dicho proceso mediante un programa específico (software) que contiene la secuencia de operaciones a realizar. 2. Las interfaces de entrada y salida establecen la comunicación del autómata con la planta. Para ello, se conectan, por una parte, con las señales de proceso a través de los bornes previstos y, por otra, con el bus interno del autómata. 3. La CPU («Central Processing Unit»), construida alrededor de un sistema mícro- procesador, es la encargada de ejecutar el programa de usuario y de ordenar las transferencias de información en el sistema de entradas/salidas. 4. En un autómata programable, memoria interna es aquella que almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado, etc. 5. La memoria de programa, normalmente externa y enchufable a la CPU, almacena el programa escrito por el usuario para su aplicación. 276 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 6. Por el tipo de señales, Por la tensión de alimentación, Por el aislamiento, Por la forma de comunicación con la unidad central y Por la ubicación. 7. Es aquella mediante la cual el PLC se comunica con una consola de programación siendo esta generalmente una computadora. 8. Diagrama de contactos 9. 1.(examine si cerrado) Esta instrucción es utilizada para saber si un bit esta activado. 2. XIO (examine si abierto) Esta instrucción es muy similar a la anterior, solo que esta determina si un bit esta desactivado. 3. OTE (active la salida) Utilizar una instrucción OTE en un programa de escalera para activar/desactivar un bit cuando las condiciones de renglón son evaluadas como verdaderas/falsas respectivamente. 10. al) Cables de red y salidas de potencia. 11. En clase I para unidades independientes, clase II para unidades a2) Cables de E/S a baja tensión (24 V c.c.) a3) Cables de E/S analógicas y contadores rápidos. a4) Cables de comunicaciones. interconectadas, alambrado tipo A realizado en campo por el usuario, alambrado tipo B de control y carga en campo, alambrado B-D donde el usuario conecta directamente las terminales del dispositivo, alambrado C el alambrado de carga para unidades combinadas de CCM tamaño 3 y más pequeñas. 12. El armario debe ir conectado a la tierra de la instalación a través de un conductor de cobre desnudo. b) Asegurar que las puertas y distintas partes del armario tienen una buena conexión a tierra y que ésta no resulta impedida por contacto entre partes Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas pintadas, bisagras, tapas atornilladas, juntas de goma, etc. Concretamente las puertas deben unirse a tierra a través de trenzas conductoras (prácticamente una por bisagra). c) Si en el armario existen tomas de corriente o fluorescentes para alumbrado, deben separarse con rejillas 13. La medición de voltajes debe hacerse en las partes principales del PLC y donde sabemos que la falta de uno de los voltajes puede determinar el funcionamiento correcto del sistema. Las señales e información son enviadas a un controlador programable usando dispositivos de entrada, tales como: Estaciones de botones, switch (interruptores) límite, interruptores (switch) de nivel y switch de presión. GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBNC Campo de aplicación Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que describe el conjunto de circunstancias laborales posibles en las que una persona debe ser capaz de demostrar dominio sobre el elemento de competencia. Es decir, el campo de aplicación describe el ambiente laboral donde el individuo aplica el elemento de competencia y ofrece indicadores para juzgar que las demostraciones del desempeño son suficientes para validarlo. Competencia laboral Aptitud de un individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresados en el saber, el hacer y el saber-hacer. Criterio de desempeño Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que se refiere al conjunto de atributos que deberán 278 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas presentar tanto los resultados obtenidos, como el desempeño mismo de un elemento de competencia; es decir, el cómo y el qué se espera del desempeño. Los criterios de desempeño se asocian a los elementos de competencia. Son una descripción de los requisitos de calidad para el resultado obtenido en el desempeño laboral; permiten establecer si se alcanza o no el resultado descrito en el elemento de competencia. Elemento de Es la descripción de la realización que debe ser lograda por competencia una persona en al ámbito de su ocupación. Se refiere a una acción, un comportamiento o un resultado que se debe demostrar por lo tanto es una función realizada por un individuo. La desagregación de funciones realizada a lo largo del proceso de análisis funcional usualmente no sobrepasa de cuatro a cinco niveles. Estas diferentes funciones, cuando ya pueden ser ejecutadas por personas y describen acciones que se pueden lograr y resumir, reciben el nombre de elementos de competencia. Evidencia de conocimiento Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que hace referencia al conocimiento y comprensión necesarios para lograr el desempeño competente. Puede referirse a los conocimientos teóricos y de principios de base científica que el alumno y el trabajador deben dominar, así como a sus habilidades cognitivas en relación con el elemento de competencia al que pertenecen. Evidencia por producto Hacen referencia a los objetos que pueden usarse como prueba de que la persona realizó lo establecido en la Norma Técnica de Competencia Electricidad y Electrónica Laboral. Las evidencias por P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas producto son pruebas reales, observables y tangibles de las consecuencias del desempeño. Evidencia por desempeño Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral, que hace referencia a una serie de resultados y/o productos, requeridos por el criterio de desempeño y delimitados por el campo de aplicación, que permite probar y evaluar la competencia del trabajador. Cabe hacer notar que en este apartado se incluirán las manifestaciones que correspondan a las denominadas habilidades sociales del trabajador. Son descripciones sobre variables o condiciones cuyo estado permite inferir que el desempeño fue efectivamente logrado. Las evidencias directas tienen que ver con la técnica utilizada en el ejercicio de una competencia y se verifican mediante la observación. La evidencia por desempeño se refiere a las situaciones que pueden usarse como pruebas de que el individuo cumple con los requerimientos de la Norma Técnicas de Competencia Laboral. Evidencia de actitud Las Normas Técnicas de Competencia Laboral incluyen también la referencia a las actitudes subyacentes en el desempeño evaluado. Formación ocupacional Proceso por medio del cual se construye un desarrollo individual referido a un grupo común de competencias para el desempeño relevante de diversas ocupaciones en el medio laboral. Módulo ocupacional Unidad autónoma integrada por unidades de aprendizaje con la finalidad de combinar diversos propósitos y experiencias de aprendizaje en una secuencia integral de manera que cada una de ellas se complementa hasta lograr el dominio y desarrollo de una función productiva. 280 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Norma Técnica de Documento Competencia Laboral con base en las cuales se espera sea desempeñada una especificaciones en el que se registran las función productiva. Cada Norma Técnica de Competencia Laboral esta constituida por unidades y elementos de competencia, criterios de desempeño, campo de aplicación y evidencias de desempeño y conocimiento. Competencias Metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo contextualizadas hace significativo. Laborales una misma función productiva en diferentes contextos y Competencias Se definen como la aptitud del individuo para desempeñar con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresadas en el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber estar. Competencias básicas Competencias Analíticas Son las que identifican el saber y el saber hacer en los contextos científico teórico, tecnológico, analítico y lógico. Estas hacen referencia a los procesos cognitivos internos necesarios para simbolizar, representar ideas, imágenes, conceptos u otras abstracciones. Dotan al alumno de habilidades para inferir, predecir e interpretar resultados. Competencias Científico – Teóricas Son las que le confieren a los alumnos habilidades para la conceptualización de principios, leyes y teorías, para la comprensión y aplicación a procesos propician la transferencia del conocimiento. Electricidad y Electrónica productivos; y P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Competencias Lógicas Se refieren a las habilidades de razonamiento que le permiten analizar la validez de teorías, principios y argumentos, así mismo, le facilitan la comunicación oral y escrita. Estas habilidades del pensamiento le permiten pasar del sentido común a la lógica propia de las ciencias. En estas competencias se encuentra también el manejo de los idiomas. Competencias Tecnológicas Hacen referencia a las habilidades, destrezas y conocimientos para la comprensión de las tecnologías en un sentido amplio, que permite desarrollar la capacidad de adaptación en un mundo de continuos cambios tecnológicos. Competencias clave Son las que identifican el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber hacer; en los contextos de información, ambiental, de calidad, emprendedor y para la vida. Competencias Ambientales 282 Se refieren a la aplicación de conceptos, principios y procedimientos relacionados con el medio ambiente, para el desarrollo autosustentable. Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Competencias de Calidad Competencias Emprendedoras Competencias de información Competencias para la vida Se refieren a la aplicación de conceptos y herramientas de las teorías de calidad total y de aseguramiento de la calidad, y su relación con el ser humano. Son aquellas que se asocian al desarrollo de la creatividad, fomento del autoempleo y fortalecimiento de la capacidad de autogestoría. Se refieren a las habilidades para la búsqueda y utilización de diversas fuentes de información, y capacidad de uso de la informática y las telecomunicaciones. Competencias referidas al desarrollo de habilidades y actitudes sustentadas en los valores éticos y sociales. Permiten fomentar la responsabilidad individual, la colaboración, el pensamiento crítico y propositivo y la convivencia armónica en sociedad. Contextualización Puede ser entendida como la forma en que, al darse el proceso de aprendizaje, el sujeto establece una relación activa del conocimiento y sus habilidades sobre el objeto desde un contexto científico, tecnológico, social, cultural e histórico que le permite hacer significativo su aprendizaje, es decir, el sujeto aprende durante la interacción social, haciendo del conocimiento un acto individual y social. Esta contextualización de las competencias le permite al educando establecer una relación entre lo que aprende y su realidad, reconstruyéndola. Matriz de competencias Describe las competencias laborales, básicas y claves que se contextualizan como parte de la metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo hace significativo. Matriz de contextualización Presenta de manera concentrada, las estrategias sugeridas a realizar a lo largo del módulo para la contextualización de las competencias básicas y claves con lo cual, al desarrollarse el proceso de aprendizaje, se promueve que el sujeto establezca una relación activa del conocimiento sobre el objeto desde situaciones científicas, tecnológicas, Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas laborales, culturales, políticas, sociales y económicas. Módulo autocontenido Es una estructura integral multidisciplinaria y autosuficiente de actividades de enseñanza-aprendizaje, que permite alcanzar objetivos educacionales a través de la interacción del alumno con el objeto de conocimiento. Módulos Están diseñados para atender la formación vocacional transversales genérica en un área disciplinaria que agrupa varias carreras. Módulos Están diseñados para atender la formación vocacional y autocontenidos disciplinaria en una carrera específica. autocontenidos específicos Módulos autocontenidos Están diseñados con la finalidad de atender las necesidades regionales de la formación vocacional. optativos A través de ellos también es posible que el alumno tenga la posibilidad de cursar un módulo de otra especialidad que le sea compatible y acreditarlo como un módulo optativo. 284 Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Módulos integradores Conforman una estructura ecléctica que proporciona los conocimientos disciplinarios científicos, humanísticos y sociales orientados a alcanzar las competencias de formación genérica. Apoyan el proceso de integrac ión de la formación vocacional u ocupacional, proporcionando a los alumnos los conocimientos científicos, humanísticos y sociales de carácter básico y propedéutico, que los formen para la vida en el nivel de educación media superior, y los preparen para tener la opción de cursar estudios en el nivel de educación superior. Con ello, se avala la formación de bachiller, de naturaleza especializada y relacionada con su formación profesional. Unidades de aprendizaje Especifican los contenidos a enseñar, proponen estrategias tanto para la enseñanza como para el aprendizaje y la contextualización, así como los recursos necesarios para apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje y finalmente el tiempo requerido para su desarrollo. GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Motor Espira. dispositivo electromecánico capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica Segmento de alambre de cobre que forma un trayectoria circular alrededor del rotor de un motor. Electroimán. Bobina que produce un campo magnético en presencia de f.e.m. Fuerza electromotriz Fase o fases Línea o líneas de voltaje que alimentan un circuito Devanado Bobinado de un motor Polifásico De varias fases. Par. Fuerza giratoria desarrollada por el motor. Reactancia. Oposición a la corriente de algún elemento pasivo como Rotor Motor síncrono una corriente eléctrica. Parte giratoria o flecha de un motor. Que tiene la misma frecuencia de la línea de alimentación bobinas o capcitores. NEMA National Electrical Manufacturéis Association Alabeado o helicoidal Que tiene forma de hélice. Estator. Parte del motor que funge como electroimán FMM. Fuerza magnetomotriz. HP. Unidad de potencia Horse Power Torsión. Fuerza angular. Tensión nominal. Voltaje de línea. Sobrecarga. Carga que excede la capacidad de un motor. Accionamiento. Dispositivo actuador. Relé Relevador Térmico Relacionado con el calor Jaula de ardilla Bimetálico 286 Rotor que se asemeja a una jaula donde corren los roedores. De dos metales distintos Electricidad Industrial P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas Electromagnético Que opera en base a un bobina que genera un campo CCM Centro de control de motores Bus Líneas de datos PLC magnético Programming Logic Controller REFERENCIAS DOCUMENTALES • Enriquez Harper, Gilberto. Control de Motores Eléctricos. Ed. Limusa. México, 2005. • Enriquez Harper, Gilberto. Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Ed. Limusa. México, 2005. • Theodore Wildi, Michael J. de Vito. Control de Motores Eléctricos, México, Limusa, 1994. • Theodore Wildi, Michael J. de Vito. Experimentos con equipo eléctrico, México, Limusa, 1994. • McPherson, Manual de máquinas eléctricas y transformadores. Ed. Noriega • Thaler-Wilcox. Manual de máquinas eléctricas. Ed. Ciencia y Tecnología. • I. L. Kosow. Máquinas eléctricas y transformadores. • Control, instalación y Auotomatización. SIEMENS. Catálogo 2000. • Balcells-Romeral. Autómatas programables. Ed. Marcombo. • Maloney. Electrónica industrial moderna. • www.gdo.es/cast/armarios-electricos • www.neotec.com.mx/tableros/ttd.htm • www.geindustrial.com.mx/productos/ccm/index_7092.htm • www.siemens.com.mx/A&D/EN/t_nav221.html • www.tecnocienciaelectrónica.com • Electricidad y Electrónica P T-Bachiller Instalación y Operación de Circuitos de Control de Máquinas Eléctricas 288 Electricidad Industrial