CURSO-COMANDO-ELÉCTRICO

Comando Eléctrico Industrial Edición N°2

diciembre 2002

Lugar de Edición INACAP Capacitación

Especialista Técnico

Hernán Alvarado Palacios

Número de Serie MAT-0100-31-008

INDICE UNIDAD I Estudio del contactor magnético PARTES COMPONENTES DE UN CONTACTOR FUNCIÓN DE CADA COMPONENTE CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTACTORES SIMBOLOGÍA TIPOS DE CONTACTORES CONTACTORES PARA C.A. CONTACTORES PARA CORRIENTE CONTINUA ESQUEMA DEL CONTACTOR COMANDO DE UN CONTACTOR

4 5 6 8 9 12 12 13 14 15

UNIDAD II Ventaja que reune un contactor para el funcionamiento de un motor con respecto a un interruptor manual ESQUEMAS CON BOBINAS EN DISTINTAS TENSIONES BOBINA A 220 V BOBINA PARA TENSIÓN REDUCIDA BOBINA PARA C.C. LÍMITES DE CARRERA RELÉ TEMPORIZADOR PARTIDA DE UN MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA EN FORMA DIRECTA PARTIDA DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON INVERSOR DE MARCHA TIPO ELECTROMAGNÉTICO (MEDIANTE CONTACTORES)

16 16 17 17 18 19 20 23 25

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INDICE UNIDAD III Partida directa de un motor trifásico mediante un actuador estrella-triángulo electromagnético ESQUEMA DE CONEXIONES INVERSOR DE MARCHA CON ACTUADOR Y-

29 29 31

UNIDAD IV Arranque de un motor de rotor bobinado ESQUEMAS (NORMAS NEMA) PARTIDA EN DIRECTA DE UN MOTOR TRIFÁSICO MEDIANTE AUTOTRANSFORMADOR

34 34 38

UNIDAD V Protecciones de motores

42

UNIDAD VI Cálculo de la sección de los conductores para alimentar un motor según norma eléctrica

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PARA UN MOTOR DE RÉGIMEN PERMANENTE MOTOR PARA PARTIDA INDIRECTA CALCULO DE LAS PROTECCIONES PARA UN MOTOR

49 50 52

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UNIDAD I Estudio del contactor magnético El contactor magnético es un interruptor para conectar y desconectar circuitos de potencia comandados por un electroimán. Cuando la bobina del electroimán se alimenta con tensión, el contactor, cierra sus contactos alimentando al circuito de potencia. Cuando el contactor está cerrado se le llama posición de trabajo, al quitar la alimentación a la bobina el contactor abre sus contactos por sí solo, desenergizando al circuito de potencia. Cuando el contactor está abierto se le denomina posición de Reposo. Durante todo el tiempo que la bobina permanece energizada, sus contactos de potencia permanecen cerrados.

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PARTES COMPONENTES DE UN CONTACTOR

ELECTROIMÁN

]

BOBINA NÚCLEO

]

FIJO MÓVIL O ARMADURA

ESPIRA DE FRAGGER

Contactos Principales. Contactos Auxiliares. Barra de Accionamiento. Resortes Antagónicos. Sistema de extensión del Arco Eléctrico.

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FUNCIÓN DE CADA COMPONENTE

Electroimán:

La bobina al ser recorrida por la corriente eléctrica, crea un flujo magnético que es canalizado por el núcleo y cuya .m.m atrae la armadura. El núcleo normalmente tipo acorazado, formado por la parte fija y la móvil. En la parte fija se ubica la bobina y la móvil será la encargada de cerrar y abrir los contactos. La espira de Fragger esta ubicada en los extremos fijos del núcleo, normalmente abraza dos tercios de la superficie del núcleo. La espira produce una descomposición del flujo principal que atraviesa el núcleo, con el fin de impedir que la armadura abra cuando la C.A. pasa por cero.

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Los contactos principales fijos y móviles: Son los que forman parte del circuito de potencia que el contactor está comandando, serán de capacidad de acuerdo a la corriente del circuito de potencia. Los contactos auxiliares fijos y móviles: Se encuentran en el contactor normalmente abiertos (NA) y normalmente cerrados (NC), considerando el contactor en reposo. Estos contactos se utilizan para el circuito de control de la bobina, para circuitos de señalización, enclavamientos, etc. La corriente que pasa por estos contactos es pequeña y los contactos son más pequeños en comparación con los contactos principales. La barra de accionamiento: Es donde están ubicados todos los contactos móviles, está solidaria a la armadura de tal manera que el movimiento de cierre y apertura de la armadura lleva a la barra y con esto los contactos móviles cierran y abren los circuitos correspondientes. Los resortes antagónicos: Están ubicados sobre todos los contactos móviles. Su función es mantener una presión sobre el contacto cuando está cerrado. Y otros resortes que contribuyen a efectuar la apertura del contactor. Sistema de extinción del arco eléctrico: En los contactores es llamado por soplo magnético. El arco producido entre los contactos principales se extingue rápidamente con la cual la temperatura no daña al contacto. Temperatura de un arco 2500° C).

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CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTACTORES

Los contactores se clasifican para altas y bajas tensiones; para C.C. y C.A.; pueden encontrarse para uso al aire libre o sumergidos en aceite

Pueden ser monopolares, bipolares o multipolares. Las bobinas pueden ser para diferentes tensiones; se podrán alimentar de la misma red que llega a los contactos principales. Se emplean trafos reductores cuando las bobinas son para tensión reducida. Las bobinas podrán ser también para C.C., aún siendo la alimentación del contactor en C.A. Los contactos principales deben reunir las siguientes características tales como:

No deben ser oxidables. Deben ser resistentes mecánicamente. Deben ser resistentes a la erosión por el arco eléctrico. No deben tener tendencia a pegarse o soldarse.

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Simbología

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Simbología

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Para que se reúnan estas características normalmente los contactos se hacen con aleaciones de plata, siendo las aleaciones mas comunes:

Plata cadmio. Plata tungsteno. Plata níquel. Plata cobre. El fabricante construye los contactores para un número total de maniobras que podrán utilizar en forma correcta, esto equivale a la vida útil del contacto. La vida útil la da el fabricante en el catalogo correspondiente al tipo del contactor. Por ejemplo la vida útil es de 1.000.000 de maniobras, una maniobra corresponde a un cierre y apertura del contacto. La vida útil disminuye si el contactor funciona con sobre cargas de corriente o cuando el contactor se instala en ambientes desfavorables. La frecuencia de operaciones de un contactor corresponde al número de maniobras que el contactor realiza en una hora. Todos los contactores se fabrican para una determinada capacidad de ruptura, se entiende por esto a la capacidad que debe tener el contactor para poder interrumpir las corrientes de cortocircuitos, sin alterar su construcción física.

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Tipos de contactores Como los contactores pueden comandar cualquier tipo de circuitos, (ejemplo: resistivos, inductivos, capacitivos, de C.C.; de C.A., etc.) los fabricantes los han clasificado en categorías de empleo:

Contactores para C.A. AC 1: Estos contactores pueden comandar circuitos resistivos o de poca impedancia . Por ejemplo: hornos de resistencias, lámparas incandescentes. AC 2: Pueden comandar motores de rotor bobinado y que pueden frenar por contramarcha. AC 3: Para motores de rotor bobinado y que pueden frenar por contramarcha. AC 4: Para comandar motores tipo jaula de ardilla, con arranque y desconexión durante la marcha. AC 5: Empleo de arranque, marcha a impulsos e inversión de marcha de motores de rotor en cortocircuito, para servicio intermitente, frenado por contramarcha, inversión de giro.

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Contactores para corriente continua

DC 1: Empleo en cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencias. DC 2: Empleo para arranques y/o desconexión a motor lanzado de motores Shunt. DC 3: Empleo para arranque, inversión de marcha y/o impulsos de motores Shunt. DC 4: Empleo para arranque y/o desconexión a motor lanzado de motores Serie. DC 5: Empleo para arranque, inversión de marcha y/o marcha a impulsos de motores Serie.

Contactos auxiliares Corriente alterna AC11: Mando electroimanes en corriente alterna Corriente contínua DC11: Mando electroimanes en corriente contínua

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ESQUEMA DEL CONTACTOR

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COMANDO DE UN CONTACTOR Un contactor puede ser comandado:

a) Local. b) A distancia. c) Local y a distancia.

a) Local: Se llama comando local, cuando el contactor es comandado desde su mismo punto de ubicación. b) A distancia: Es cuando el contactor es comandado desde un punto distinto de donde se encuentra. d)Local y a distancia: será cuando se comanda desde el lugar donde esta ubicado y de uno o mas puntos diferentes.

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UNIDAD II Ventajas que reune un contactor para el funcionamiento de un motor con respecto a un interruptor manual El contactor es de cierre y de apertura rápida, lo que disminuye la duración del arco eléctrico. El contactor puede ser comandado a distancia, lo que el interruptor manual no da esa posibilidad. El contactor protege a los operadores contra los cortes de energía externa. El contactor da protección al motor contra las corrientes de sobrecarga, ya que va acompañado con protecciones de sobrecarga para el motor. El contactor da protecciones contra las caídas de tensión en la línea, ya que la bobina al no ser alimentada con la tensión correspondiente, el contactor abre y la máquina se detiene. El contactor puede funcionar en forma automática por medio de otros dispositivos llamados ordenadores o sensores. Por ejemplo: Celdas fotoeléctricas, relojes control, límites de carrera, controladores de nivel, termostatos, presostatos.

ESQUEMAS CON BOBINAS EN DISTINTAS TENSIONES

Bobina a 380 (v)

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Bobina A 220 (v)

Bobina para tensión reducida

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Bobina para C.C.

Tipos de esquemas que se desarrollan en el control y en el comando de máquinas: 1. 2. 3. 4.

Esquema unilineal. Esquema general. Esquema multifilar de fuerza. Esquema multifilar de control.

Esquema lineal Representa a todos los componentes del circuito de potencia, interconectados en una sola línea. Esquema general Es un esquema compuesto que incluye los dispositivos del circuito de potencia y también todos los dispositivos que forman parte del circuito de control interconectado, todos con líneas correspondientes para el funcionamiento de la máquina.

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Esquema multifilar de fuerza Representa al circuito de fuerza completo con todos los dispositivos interconectados con todas las líneas correspondientes. Esquema multifilar de control Representa a todos los dispositivos que forman parte en el sistema de control del contactor, incluye también señalizaciones, interconectados los dispositivos con todas las líneas de funcionamiento.

Límites de carrera Los límites de carrera son interruptores que se emplean en los circuitos de control de máquinas que producen desplazamientos de órganos. Ejemplo: puentes grúas, ascensores, montacargas, etc. Los límites de carrera son de accionamiento mecánico, operan cuando el elemento móvil llega al final del recorrido, en este punto, el límite abre sus contactos y desenergiza al contactor que alimenta al motor en este sentido. Cuando el límite opera su contacto queda abierto y vuelve a cerrarse cuando la máquina a cambiado el sentido de giro.

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Relé temporizador Los Relés temporizadores son dispositivos que cierran y abren sus propios contactos, un tiempo regulable después del instante que se le da la orden de operación. La orden de operación para que el Relé temporice el cambio de contacto puede ser al energizar o al desenergizar el Relé. Los temporizadores desempeñan una función muy importantes en los circuitos de control de aquellas máquinas que requieren de un funcionamiento automático o semiautomático en los distintos procesos industriales. Según el principio de funcionamiento de los temporizadores pueden ser: magnéticos, térmicos, cronométricos, con motor sincrónico, electrónicos, etc.

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Funcionamiento: A) relé temporizado al cierre: (on delay) Es aquel que en el cambio de contactos se produce un tiempo después de un instante de que el Relé se energiza. El contacto permanece en la segunda posición todo el tiempo que el Relé este energizado. Al quitar la alimentación de la bobina del Relé el contacto vuelve a la posición inicial inmediatamente. B) relé temporizado a la apertura: (off delay) Al energizar el Relé (su bobina) el contacto cambia de posición inmediatamente, permanece en esta nueva posición, mientras el Relé este energizado. Al quitar la alimentación, el contacto no vuelve inmediatamente a la posición de reposo, sino que lo hace con un cierto retardo. El tiempo de retardo en producirse el cambio de contacto, ya sea al cierre o apertura, es regulado a voluntad, dependiendo de los requerimientos del circuito de control correspondiente a la máquina que se este controlando. Dentro de los temporizadores existen, solamente temporizadores al cierre, a la apertura, cierre y apertura, con contactos instantáneos, etc.

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Relé de tiempo temporizado al cierre

Contáctos con una entrada (15) en común

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PARTIDA DE UN MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA EN FORMA DIRECTA

1. Tarea práctica Diseñar y montar un sistema de partida de un motor jaula de ardilla.

Condiciones: a) El comando del motor (centro) es mediante contactor controlado por botonera. b) El circuito tendrá protecciones de sobrecarga y de cortocircuito. c) El control aumenta con señalización visual, para máquina detenida y funcionando.

Ensayos: a) Hacer funcionar el motor. b) Medir corriente de arranque y en funcionamiento. c) Invertir sentido giro. d) Realizar comando local y a distancia.

Desarrollo de esquemas (Norma DIN)

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1. Esquema general

2. Esquema multifilar de fuerza

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3. Esquema multifila de control

PARTIDA DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON INVERSOR DE MARCHA TIPO ELECTROMAGNÉTICO (MEDIANTE CONTACTORES)

2° Tarea práctica Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico se deben invertir dos líneas en su alimentación. El cambio de líneas se hará mediante los contactores. Ensayos: Z Funcionamiento del motor. Medir: * Corriente de arranque. * Corriente de funcionamiento. Inversión de giro.

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Desarrollo de esquemas 1. Esquema unilineal

2. Esquema multifiliar de fuerza

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3. Esquema de control funcionando por impulso

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4. Esquema de control funcionando permanente en un sentido o en otro.

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UNIDAD III Partida indirecta de un motor trifásico mediante un actuador estrella-triángulo electromagnético. En este sistema de arranque, el motor inicia el arranque en conexión estrella y después de un breve instante el motor pasa a conexión triángulo, quedando en funcionamiento en esta conexión normalmente. En la conexión estrella el motor recibe una tensión de enrollado (Fase 3 veces menor) con respecto a la tensión de línea. Cuando pasa a la conexión triángulo sus bobinados reciben la tensión de línea correspondiente. En la conexión estrella el motor toma una corriente aproximadamente de 1/3, respecto a que sí un mismo motor en partida directa tomara 6 veces su corriente nominal. Cuando conmuta a triángulo la corriente aumenta aproximadamente a 3 veces su corriente nominal y luego el motor queda funcionando normalmente con su velocidad nominal y corriente normal de funcionamiento. Esquema de conexiones 1. Inicio de arranque

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2. Esquema unilineal

3. Esquema multifilar de fuerza:

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4. Esquema de control

Inversor de marcha con actuador 1. Esquema unilineal

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2. Esquema multifilar de fuerza

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3. Esquema multifilar de control

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UNIDAD IV Arranque de un motor de rotor bobinado

Esquemas: (norma nema)

Esquema elemental:

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1. Esquema unilineal

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2. Esquema multifilar de fuerza

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3. Esquema de control para motor de rotor bobinado

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Partida indirecta de un motor trifásico mediante autotransformador 1. Esquema unilineal

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2. Esquema multifilar de fuerza

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3. Esquema multifilar de control

A) Control de botoneras

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B) control con relé temporizado

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UNIDAD V Protecciones de motores Un motor se protege normalmente de fallas de sobrecargas y cortocircuitos. Las protecciones que se usan contra cortocircuitos son los fusibles y relés magnéticos. En el caso de sobrecargas se ocupan los relés térmicos.

A) EL FUSIBLE: Es un dispositivo de protección, formado, principalmente por un conductor denominado Hilo fusible. Este puede ser plomo, aluminio o aleaciones de plata. Este dispositivo de protección, debido a la fusión del hilo fusible, esta diseñado para dar protección contra sobrecorrientes de altos valores, como son los cortocircuitos. No protege directamente al motor, sino que es una protección para la instalación de corrientes que van mas allá de las corrientes de partida del motor. Los fusibles se clasifican en: Rapidos y lentos. El fusible, tiene como características que su hilo fusible se funde al doble de su corriente nominal, pasando por el estado crítico, que es aproximadamente a 1,8 veces su corriente nominal. La corriente nominal del fusible viene indicada en un extremo de la estructura. El fusible es de actuación instantánea, es decir, se funde inmediatamente cuando la corriente que pasa por él, excede el valor de fusión.

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B) Relé magnético

Es un dispositivo de protección diseñado para proteger las máquinas contra fallas de sobrecorriente de altos valores y de corta duración, como son las corrientes de cortocircuito. El relé magnético esta formado por una bobina montada sobre un núcleo, donde van las partes móviles. La bobina queda ubicada en serie con el circuito de potencia del motor, debe haber una bobina por cada fase. El relé basa su funcionamiento en el efecto magnético que produce la “ I “ al pasar a través de la bobina. El efecto magnético atrae al núcleo móvil y cuyo desplazamiento abre un juego de contactos, los cuales forman parte en el circuito de control de la bobina de un contactor. Este Relé es de actuación instantánea, opera inmediatamente cuando la sobrecorriente excede su valor de ajuste. En la protección de un motor el Relé se debe ajustar a 8 veces la corriente nominal del motor si es de partida directa. Si el motor es de partida indirecta, se debe ajustar a 4 veces la corriente nominal.

Relé magnético

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C) Relé térmico:

Es un dispositivo de protección destinado, principalmente para la protección del motor contra las sobrecorrientes de bajos valores y de larga duración. Estas corrientes de sobrecargas, son aquellas que van ligeramente por sobre la corriente nominal del motor. Se entiende por corriente nominal, a la corriente que el motor indica en su placa de características y que corresponde a la máxima corriente que el motor debe tomar cuando esta en funcionamiento a plena carga normalmente. Las causas más comunes que producen corrientes de sobrecarga son: Por aumento o disminución de la tensión de alimentación. Por exceso de carga mecánica en el eje. Por fallas mecánicas (agrupamiento del motor o de la máquina de arrastre) Por ausencia de una de sus fases Por exceso de temperatura, humedad, etc. El Relé térmico basa su funcionamiento en el efecto calórico térmico, que produce la corriente eléctrica sobre un bimetal. El bimetal esta formado por dos materiales o láminas metálicas que tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica. Cuando la corriente excede su valor, el bimetal se calienta y se dilata, esta lo hace deformarse, lo que permite abrir y cerrar sus propios contactos. Estos contactos forman parte en el circulo de control de la bobina del contactor que alimenta al motor.

Relé térmico

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La actuación del Relé es con tiempo inverso, esto significa que mientras mayor es la corriente de sobrecarga, menor es el tiempo que demora el Relé en disparar.

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El bimetal tiene un extremo fijo y el otro móvil, deberá existir un bimetal por fase del circuito de potencia. Este elemento va envuelto sobre un calefactor por el cual pasa toda o parte de la corriente de línea.

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El Relé térmico es la protección del motor se debe ajusta al valor de la corriente nominal, pudiendo disparar en segundos o varios minutos, dependiendo de la magnitud de la sobrecarga. Cuando el Relé opera sus contactos se accionan y permanecen en esa posición, mientras el Relé no se reponga manualmente. Para reponerlo cuenta con un pulsador para ese fin. Los Relés térmicos no estan fabricados para un determinado valor de corriente sino que actúan dentro de ciertos márgenes, por ejemplo: 16 (A) a 25 (A), los valores de 16 a 25 (A), constituyen el rango de ajuste que tiene el Relé. El ajuste se hace mediante un tornillo, el aumenta o disminuye la carrera del vástago que es el encargado de accionar los contactos del Relé.

D) PROTECCIÓN TERMOMAGNÉTICA Es un dispositivo que reúne a la protección térmica y magnética. Existen termomagnéticos en que los dos elementos se encuentran en serie y otros en sus elementos funcionan por inducción electromagnética.

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En la combinación serie los dos elementos son recorridos por la corriente de línea. Al producirse una sobrecarga de bajo valor y larga duración, le corresponde a la parte térmica de actuar en forma retardada y ordenar la apertura del interruptor. Si la corriente de sobrecarga es de alto valor, como son los cortocircuitos, le corresponde a la parte magnética de actuar en forma instantánea, ordenando la apertura del interruptor. Un termomagnético en combinación serie puede ser utilizados en circuitos de C.A. y C.C. En la combinación a inducción, la protección esta formada por dos bobinas y un bimetal. Una bobina es recorrida por la corriente de línea y actúa como primario formando la parte magnética de la protección. La otra bobina actúa como secundaria y tiene en sus extremos al bimetal formando la parte térmica. Cuando se producen sobrecorrientes de altos valores, le corresponde a la bobina primaria ordenar la apertura del interruptor en forma instantánea. Cuando las sobrecarga son corrientes de bajo valor, la inducción en la segunda bobina es mayor que la normal, la corriente por el bimetal lo dilata y será el encargado de ordenar la apertura del interruptor. Se debe tener presente que la protección es una sola y reúne las dos funciones. En la combinación a inducción, sólo se puede ocupar la corriente alterna. Esta protección es la que forma los guardamotores . La protección termomagnética es de accionamiento manual (cierre y apertura) y de apertura automática cundo se producen sobrecorrientes. Curva de funcionamiento de los relés termomagnéticos

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UNIDAD VI Cálculo de la sección de los conductores para alimentar un motor según norma eléctrica

PARA UN MOTOR DE RÉGIMEN PERMANENTE Se deben aplicar las siguientes condiciones: Se determina la corriente nominal del motor. A la In se le aplica un factor de 1,25. Luego el valor de la corriente se ubica en la tabla de las normas, para determinar la sección adecuada. Tabla de corriente admisible para conductores aislados según la norma eléctrica.

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MOTOR PARA PARTIDA INDIRECTA Motor con actuador estrella triángulo 1. Circuito con: interruptor, fusible, térmico, contactor.

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2. CIrcuito con interruptor, relé magnético, relé térmico, contactores.

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CÁLCULO DE LAS PROTECCIONES PARA UN MOTOR Motor partida directa 1. Motor con fusible, térmico, contactor, interruptor.

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2. Motor con termomagnético y térmico.

Corriente Admisible: Se denomina así, a la corriente máxima que debe circular por un conductor en funcionamiento normal sin tomar temperatura.

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Densidad de Corriente: Es la corriente máxima que acepta un conductor por cada mm 2 de sección.

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