CURSO_INSTALADOR_ELECTRICISTA_CEAC_8.pdf

CONSTRUC EN I N í

)N

Y

TÉCNICOS

Curso de Instalador Electricista

CEAC

Unidad didáctica: Automatismos y cuadros eléctricos (I)

§§§ Unidad didáctica 8

CURSO DE

INSTALADOR

ELECTRICISTA

Automatismos y cuadros eléctricos (I)

• • •

«Mil

*VU

Introducción Primera p a r t e de tres unidades dedicadas al m ó d u l o de A u t o m a t i s m o s y c u a d r o s eléctricos, e l e m e n t o s f u n d a m e n t a l e s en cualquier instalación eléctrica. No en vano, los a u t o m a t i s m o s se d e f i n e n c o m o el c o n j u n t o de circuitos que p e r m i t e n c o n t r o l a r una m á q u i n a o un c o n j u n t o de ellas de f o r m a a u t o m á t i c a para que puedan realizar un ciclo o un proceso d e t e r m i n a d o . Para ¡r c o n o c i e n d o ambos elementos, iniciaremos la unidad con una i n t r o d u c c i ó n en la que se describen las partes de un a u t o m a t i s m o , su lenguaje, los a u t o m a t i s m o s cableados y p r o g r a m a d o s , la simbología, etc. además de definir un buen n ú m e r o de conceptos sobre a p a r a m e n t a eléctrica. De hecho, sobre la a p a r a m e n t a eléctrica p r o f u n d i z a m o s en un capítulo específico. En él realizamos una clasificación c o m p l e t a de la misma, es decir, una clasificación general ( a p a r a m e n t a de alta tensión, de media y baja tensión) y una clasificación específica para cada una de ellas. El o b j e t i v o es que q u e d e n claras las f u n c i o n e s y qué papel j u e g a n los distintos c o m p o n e n t e s eléctricos con los que el t é c n i c o electricista trabaja. A c o n t i n u a c i ó n pasamos a los cuadros eléctricos, t a n t o los cuadros de m a n d o c o m o los de c o n t r o l ( a m b o s t i p o s d e s c r i t o s d e t a l l a d a m e n t e ) d e b e n i n c l u i r las protecciones necesarias porque m u c h a s veces se s o m e t e n a condiciones de t r a b a j o adversas. Por tal m o t i v o d e d i c a m o s un capítulo específico a los dispositivos de p r o t e c c i ó n . En él, se describen e l e m e n t o s c o m o son los distintos tipos de relés (térmicos, e l e c t r o m a g n é t i c o s , de c o n t r o l t a c o m é t r i c o , etc.), los i n t e r r u p t o r e s m a g n e t o t é r m i c o y diferencial, los seccionadores, etc. Los c o n t a c t o r e s t a m b i é n m e r e c e n capítulo a p a r t e por su i m p o r t a n c i a al p e r m i t i r éstos a b r i r o cerrar un c i r c u i t o e l é c t r i c o a distancia. Lo m i s m o hacemos con los relés de m a n d o y aparatos auxiliares. A m b o s los clasificamos y d e s c r i b i m o s sus características y f u n c i o n e s d e t a l l a d a m e n t e . Finalmente, a h o n d a m o s en los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l . En ellos se r e p r e s e n t a n todos los cables y bornes de conexión que f o r m a n el a u t o m a t i s m o . Así, d e s c r i b i m o s los sistemas de c o n m u t a c i ó n (conjunto de e l e m e n t o s que f o r m a n el a u t o m a t i s m o ) , las f u n c i o n e s lógicas f u n d a m e n t a l e s (Función Y, Función 0 y Función INVERSOR), los e l e m e n t o s principales de un esquema de m a n d o (circuito de a l i m e n t a c i ó n , p r o t e c t o r e s , reparaciones, disposición de los elementos, etc.) o los circuitos de m e m o r i a .

ESQUEMA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN A LOS AUTOMATISMOS 1. Partes de un a u t o m a t i s m o 2. El lenguaje de los a u t o m a t i s m o s

11. Límites de obligado f u n c i o n a m i e n t o 12. Secciones normales de los conductores redondos de cobre (tabla 7)

3. Sistema Analógico y Sistema Digital 4. A u t o m a t i s m o s cableados y programados CONCEPTOS GENERALES DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA 1. Conceptos generales relativos a la

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN 1. Conceptos generales 2. Dispositivos de protección 3. Reglas de protección contra sobrecargas

a p a r a m e n t a eléctrica 2. Conceptos específicos para identificar y elegir la a p a r a m e n t a 3. Condiciones ambientales de funcionamiento 4. Otras definiciones

LOS CONTACTORES 1. Conceptos básicos 2. Clasificación 3. Simbología y referenciado 4. Contactor e l e c t r o m a g n é t i c o

5. Régimen t r a n s i t o r i o RELÉS DE MANDO Y APARATOS AUXILIARES CLASIFICACIÓN DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA 1. Clasificación general 2. Clasificación de la a p a r a m e n t a de baja tensión 3. Instalación de la a p a r a m e n t a bajo envolvente 4. Condiciones de utilización de la a p a r a m e n t a según su aplicación 5. Maniobras 6. Elementos auxiliares 7. Tipos de servicio 8. Instrucciones de instalación, funcionamiento y mantenimiento 9. Condiciones ambientales normales 10. Condiciones fuera de los valores normales

1. Clasificación de los relés 2. Relés auxiliares o de m a n d o 3. Relés t e m p o r i z a d o r e s 4. Otros relés 5. Elementos auxiliares de mando y señalización 6. Elementos de señalización ESQUEMAS DE MANDO Y CONTROL 1. Los a u t o m a t i s m o s eléctricos 2. Los sistemas de c o n m u t a c i ó n 3. Las funciones lógicas f u n d a m e n t a l e s 4. Elementos principales de los esquemas de m a n d o 5. Los circuitos con m e m o r i a 6. Memoria con retención eléctrica

INTRODUCCIÓN

A LOS AUTOMATISMOS Cada vez más se hace necesario el uso de diferentes tipos de automatismos para poder ejecutar ios trabajos de control industrial o doméstico en aplicaciones tan diversas corno e! accionamiento de motores eléctricos, el control y regulación de un sistema de calefacción en una vivienda o controlando el ciclo de refrigeración de unas cámaras frigoríficas de una empresa cárnica. Aunque el campo de aplicación lo podemos ampliar a la mayoría de sectores económicos: industria, comercio, transporte, comunicaciones, domótica, ganadería, pesca...

PRODUCTO FINAL

I

agricultura,

INTRODUCCIÓN A LOS A U T O M A T I S M O S

Cuando hablamos de automatismos, nos referimos a todo un conjunto de circuitos que nos permiten controlar una máquina o un conjunto de ellas de forma automática para que puedan realizar un ciclo o proceso determinado. De esta forma, podemos afirmar que la finalidad genérica del uso de los automatismos va encaminado a aportar soluciones de naturaleza tanto técnica como económica o humana: - Mejorando la productividad. - Eliminando tareas humanas peligrosas, indeseables o repetitivas. - Aumentando la seguridad, vigilando y controlando instalaciones y máquinas.

P a r t e s d e un a u t o m a t i s m o En todo sistema automatizado podemos diferenciar dos partes principales: el circuito de potencia y el circuito de mando, que forman el conjunto de elementos y dispositivos, integrantes en las instalación eléctrica que posibilita la ejecución automatizada de un proceso, siguiendo una secuencia deseada (Fig. 1): - Los circuitos

de potencia,

encargados de gobernar y proteger directamente

las máquinas o receptores, mediante elementos tales como los contactores, relés térmicos, fusibles, interruptores automáticos, etc. - Los circuitos

de mando

y control,

formados por el conjunto de elementos

encargados de seguir una secuencia del proceso previamente impuesta. En definitiva, este circuito alimenta las bobinas de los diferentes contactores en función de la información que recibe de los diferentes captadores y sensores del automatismo y que está formada por pulsadores, final de carrera, aparatos de medida, relés y microprocesadores.

El l e n g u a j e d e los a u t o m a t i s m o s Otro concepto que has de tener claro para entender el funcionamiento de un sistema automatizado es el del lenguaje utilizado para "comunicarse" entre los diferentes componentes que lo f o r m a n . Para ello hemos de distinguir entre las señales analógicas y las digitales que podremos encontrar en los diferentes sistemas utilizados. Entendiendo como señal la información que se intercambia entre dispositivos eléctricos.

7

UNIDAD

8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I) 1

S i s t e m a a n a l ó g i c o y s i s t e m a digital Si deseamos representar en su forma binaria cualquier número entero decimal, dividiremos ei número entre 2 y sucesivamente. volveremos a dividir por 2 los cocientes resultantes, El ultimo y los restos obtenidos forman el número binario equivalente. Veamos un

ejemplo:

Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con valores discretos (dígitos) mientras que la electrónica analógica emplea magnitudes con valores continuos. «

Un sistema

digital

está destinado a la generación, transmisión, procesamiento o

almacenamiento de señales digitales. También se trata de una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital. La mayoría de las veces los dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de Boole. Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan puertas lógicas (AND, OR y NOT) y transistores. Estas puertas siguen el comportamiento de algunas fun-

¿Cuál es el número binario correspondiente ai número decimal 624?

ciones booleanas (que estudiaremos más adelante). Se dice que un sistema es analógico

cuando las magnitudes de la señal se represen-

tan mediante variables continuas, esto es, análogas a las magnitudes que dan lugar

Dividiendo ei número y ios sucesivos cocientes entre 2 obtenemos su correspondiente valor binario.

a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores discretos.

624 : 2= 312

resto(Q/

312 : 2= 156

resto©

156 : 2= 78

resto®

78 ; 2 = 39

resto©

nea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejem-

39 : 2= 19

resto®

plos de magnitudes analógicas son el tiempo, la presión, la distancia, el sonido.

19 : 2 = 9

resto®

9 ; 2= 4

resto®

4 : 2= 2

resto©

Una señal analógica es un voltaje o corriente que varía suave y continuamente. Una

2:2=0D

resto©

onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz

La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por ejemplo, 20 °C o 25 °C de forma instantá-

Seña: analógica

y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variacioba representación en binario equivalente del número 624 es; 0 0 1 1 1 000

0**-

nes de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

Señal aígital Las señales digitales, en contraste con las señales analógicas, no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.

H V

I N T R O D U C C I Ó N A LOS A U T O M A T I S M O S

% |1! Automatismos cableados y programados Como hemos podido ver, los automatismos obedecen a unas funciones perfectamente determinadas para el mando y regulación de las máquinas eléctricas. Pero a la hora de diseñar y realizar un automatismo, podemos utilizar dos tipos diferentes de tecnologías para implementar un sistema de control y que se denominan: automatismos cableados o de lógica cableada y automatismos programados o de lógica programada.

Lógica cableada Su denominación viene dada por el tipo de elementos que intervienen en su implementación. En el caso de la tecnología eléctrica, las uniones físicas se realizan mediante cables eléctricos, relés electromagnéticos, interruptores, pulsadores, etc. En ¡o que respecta a la tecnología electrónica, las puertas lógicas son los elementos fundamentales mediante los cuales se realizan los controladores. La lógica cableada frente a la lógica programada presenta los siguientes inconvenientes: imposibilidad de realización de funciones complejas de control, gran volumen y peso, escasa flexibilidad frente a modificaciones y reparaciones costosas.

Lógica programada

George Boole, matemático inglés que fue el primero en definirla como parte de un sistema lógico a mediados del siglo XIX.• Específicamente, el álgebra de Boole fue un intento de utilizar las técnicas algebraicas para tratar expresiones de la lógica proposicionai. En la actualidad el álgebra de Boole se aplica de forma generalizada en diseño electrónico. Se aplicó por primera vez en circuitos de conmutación eléctrica biestables por Claude Shannon en 1938.

Se trata de una tecnología desarrollada a partir de la aparición del microprocesador, y de los sistemas programables basados en éste: computador, controladores lógicos y autómatas programables, esta tecnología frente a la lógica cableada presenta una serie de ventajas como son una mayor flexibilidad, posibilidad de cálculo científico e implementación de algoritmos complejos de control de procesos, arquitecturas de control distribuido, comunicaciones y gestión.

TECNOLOGÍAS DE MANDO Cableadas

Programadas

Automatismos: módulos conectados entre sí totalmente dedicados a un proceso y poco flexibles:

Automatismo: ciertos módulos son programas otros circuitos VLSI, adaptables a cualquier proceso y mucha flexibilidad:

Relés electromagnético contactos accionador por bobinas

Tarjetas electrónicas estándares o específicas

Módulos lógicos neumáticos contactos accionados por aire

Micro y miniordenadores

Tarjetas electrónicas circuitos impresos con TRT

Autómatas programables

9

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

ü

/ EL. GRAFCET: PRINCIPIO BASICOS El GRAFCET surge en Francia a mediados de los años 70, debido a la colaboración de algunos fabricantes de autómatas, como Telemecanique y Aper con dos organismos oficiales, AFCET (Asociación francesa para la c i b e r n é t i c a , economía y técnica) y ADEPA (Agencia nacional para el d e s a r r o l l o de la p r o d u c c i ó n a u t o m a t i z a d a ) . H o m o l o g a d o en Francia,

Terminada

Alemania, y p o s t e r i o r m e n t e por la comisión Electrónica Internacional

Sí

(IEC 8 4 8 , año 1988). Actualmente es una herramienta imprescindible cuando se trata de automatizar procesos secuenciales de cierta complejidad con autómatas programabas. El GRAFCET es un diagrama funcional que describe la evolución del pro-

ACCIÓN n

ceso que se quiere automatizar tal y como se muestra en la figura. Está definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la dinámica del comportamiento del sistema.

T

PROCESO TERMINADO

Todo a u t o m a t i s m o secuencial o c o n c u r r e n t e se puede e s t r u c t u r a r en una serie de etapas que representan

estados o subestados

del

sistema

en los cuáles se realiza una o más acciones, así como transiciones, que son las condiciones que deben darse para pasar de una etapa a otra.

E L E M E N T O S DEL GRAFCET Etapa inicial Mando

Acciones asociadas

A

Abrir puerta

A

Puerta abierta E s p e r a r l o seg. -j~ P a s a d o e s t e t i e m p o Cerrar puerta Puerta cerrada y no célula

10

Etapa normal

¡Transiciones ¡Receptividades asociadas I Líneas de enlace

Cíclico

jN0

A continuación te presentamos, a lo largo de varias páginas, una relación de símbolos más usuales, tanto en la representación de esquemas de sistemas combinadonales y secuenciales, como los más empleados en la confección de esquemas eléctricos, como son los símbolos normalizados para designar tensiones, tomas de tierra, conductores eléctricos, pulsadores, mandos, accionamientos eléctricos, interruptores, relés y máquinas eléctricas.

SIMBOLOGÍA DE ELECTRÓNICA C O M B I N A C I O N A L DESCRIPCIÓN

Símbolo clásico

a—

Operación negación: La salida adquiere el estado opuesto al de la entrada. Operación suma: La salida adquiere el estado "1" siempre que cualquiera I

de las entradas esté en "1!.

a—

—b

—

S

Operación suma negada: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que cualquiera de las entradas esté en "1".

!

¡

i

i

Operación producto negado: La salida adquiere el estado "1" siempre que :

cualquiera de las entradas esté en "0". Operación semisuma: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que todas las entradas estén en el mismo estado. Operación semisuma negada: La salida adquiere el estado "1" siempre que todas las entradas estén en el mismo estado.

b— •a —

5 __]

Operación producto: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que cualquiera de las entradas esté en "0".

Símbolo ANSI

yO~5

L> I>

5 _ 3

3

i J1

—

y— ci

£>

3 -V 5

b— á-— "b— 3— b— a— b— a— b—

1

¡>1

V-C

i i i i

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1

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|

&

- s

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—5

í 'i

'1

;

1

J

i

SIMBOLOGÍA DE ELECTRÓNICA SECUENCIAL

fl

UNIDAD 8

1

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

/\

SIMBOLOGIA DE TENSIONES Y TOMA DE TIERRA TENSIONES Y TOMA DE TIERRA

SÍMBOLO

Tensión continua Tensión alterna Tensión rectificada con componente alterna Polaridad positiva

+

Polaridad negativa Neutro

N

Toma de tierra Toma de tierra con protección m

Toma de masa o chasis SIMBOLOGÍA DE TENSIONES Y TOMA DE TENSIÓN CONDUCTORES Y TOMAS DE TENSIÓN

SÍMBOLO

Conductor principal o auxiliar Grupo de conductores en formato implícito ,

- ;3Q y so n/

Grupo de conductores en formato explícito N

30

X 120) • 11 /'i

Conexión flexible

— —

Conductor apantallado

— —

—— . -— Conductores trenzados Conexión de conductores Conexión doble de conductores Regleta de conexión

D

\

•*"» SIMBOLOGIA DE CONTACTOS ELECTRICOS CONTACTOS

SÍMBOLO

Contacto normalmente abierto (NA)

Contacto normalmente cerrado (NC)

Contacto conmutado

Contacto conmutado con posición de corte

Contacto inversor antes de apertura

Contacto de cierre adelantado respecto del conjunto

Contacto con cierre retrasado respecto del conjunto

Contacto de apertura retrasada respecto del conjunto

Contacto de apertura adelantada respecto del conjunto

Contacto de cierre retardado respecto del dispositivo accionador

Contacto de apertura retardada respecto del dispositivo accionador

Contacto de cierre y apertura retardada respecto del dispositivo accionador

Base de conexión

Clavija de conexión

Base y clavija de conexión

Conector a presión

B

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I) 1

SIMBOLOGÍA DE PULSADORES, MANDOS Y ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS PULSADORES

SÍMBOLO

Contacto de cierre con mando manual

^

Pulsador de cierre manual y retorno automático

"i

Tirador con contacto al cierre y retorno automático

1

Mando de transmisión mecánica, hidráulica, magnética, etc...

-

—

Mando de acción retardada

~

~

"" ~

Mando de acción adelantada

|_ .. 1

Retorno automático _ _

,

K

.

..

Retorno no automático Accionamiento mecánico manual

i :

"

_ _.

_

---•o— """"V""" h—

Mando rotatorio Mando de tirador Mando de pulsador

E—-

Mando de emergencia Mando por acción térmica Pulsador rotativo con contacto al cierre y retorno automático Pulsador de emergencia con enclavamiento no automático MANDOS Y ACCIONAMIENTOS

í>--

H SÍMBOLO

Mando por acción electromagnética Mando por efecto magnético Mando por energía hidráulica o neumática

m —

Mando por reloj eléctrico Mando por motor eléctrico

@>—-

I N T R O D U C C I Ó N A LOS A U T O M A T I S M O S

SIMBOLOGÍA DE INTERRUPTORES ELÉCTRICOS INTERRUPTORES

^

SÍMBOLO I

Interruptor

! i

Interruptor final de carrera

o~\j

I

Contactor i

]

A

1

Interruptor guardamotor

;

Interruptor automático Seccionador

i ^

Seccionador conmutado

1 1 9

)

i i ! i !i

^

Interruptor seccionado Interruptor seccionador con apertura automática

JL \

Seccionador con fusible Interruptor con fusible

f i i • i

-

u SIMBOLOGÍA DE RELÉS ELÉCTRICOS

RELÉS Dispositivo de mando electromagnético

SÍMBOLO

i

r~H

Relé con dos devanados separados Relé de conexión lenta

-J ;

Relés de desconexión lenta Relé de acción térmica

í

3

Relé de acción electromagnética

pjn

Relé de intensidad máxima

•b

Relé de tensión máxima

ES

Relé de intensidad diferencial

•ja

Relé de enclavamiento mecánico

*

Electroválvula

—;¿<

i

15

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I) 1

SIMBOLOGÍA DE M Á Q U I N A S ELÉCTRICAS L

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

SÍMBOLO

A Y T

Devanado trifásico en triángulo i

Devanado trifásico en estrella Devanado trifásico en estrella con toma de neutro Motor de corriente continua, de imán permanente, con dos conductores y excitación en serie

I [ f

|

|

1

'MU

Motor de corriente alterna, con colector, con dos conductores y excitación en serie

ky íü

Motor de corriente alterna, con colector, trifásico y excitación en serie ™ ~"

Motor de inducción, trifásico de jaula Motor de inducción, trifásico de rotor bobinado

(CM

Generador síncrono trifásico de imán permanente

g

Convertidor continua-continua (DC/DC)

_

_

___

i i

. _ ..._

Convertidor alterna-continua (AC/DC). Rectificador Convertidor continua-alterna (DC/AC). Ondulador, inversor

"Á-. r\/

Óa.

i

Arrancador de motor Arrancador estrella-triángulo L

1

i

... _

A

i

Arrancador regulador por tiristores. Convertidor de frecuencia. Variador de velocidad Transformador de tensión monofásico (representación unifilar) Transformador de tensión monofásico (representación multifilar) :

Transformador de tensión trifásico, conexión estrella-triángulo (representación unifilar) Generador síncrono trifásico con inducido en estrella y neutro accesible Transformador de tensión trifásico, conexión estrella-triángulo (representación multifilar)

I

1i

v.':::;-

1 GSj

1

i i

i¡

1 i

!

I N T R O D U C C I Ó N A LOS A U T O M A T I S M O S

SIMBOLOGÍA DE OTROS COMPONENTES ELÉCTRICOS DE USO COMÚN COMPONENTES DE USO GENERAL

SÍMBOLO

(5

Amperímetro Voltímetro

!

0

Válvula

;

-txi-

;

-S-

Fusible Dispositivo luminosos. Lámpara

:'

Dispositivo luminoso intermitente

J-L

0

Bocina

¡

¡ 0 ^

Sirena

r

Timbre Zumbador

>

I

) ) _

Pila, batería o acumulador

T

Diodo rectificador

-w-

4

Puente rectificador Tiristor (SCR)

*

Fotodiodo. Diodo sensible a la luz •

~ -

'

"

—

—

Inductancia. Cualquiera de las dos representaciones es válida Resistencia

(—

Resistencia shunt

-R-

Potenciómetro

—

Fotorresistencia (LDR)

\T

Condensador Transformador de intensidad

|

j—

" -CB-

L

4

i t 1

2 1

—

'1

0,6 0,4 0,1 0,06

0,04 0,02

0,01 5 6 ;810 5

15 20 30

1

1,5 2

• V

-—

\

—

1

2 1 0,6 0,4

\

—

1 tp

\

0,2 0,1

Ti i t I 4 j X c c (d.i ) 4 [tí

0,06-

0,04

0,02

\

3 4 5 6 810 5

7,5

Múltiplos de la intensidad nominal

1

1,5 2

10 15

Múltiplos de la intensidad nominal

\ %

"'f

-

0,01' 15 20 30

\

3 4 5 6 810 10

;

15 20 304050 20 30

Múltiplos de la intensidad nominal

Interpretación de la característica de funcionamiento o disparo

Figura 21 Características

4

c.aj(a. :) T T 1 ;) | i í "f 1 1 i

0,2

\

11

de disparo

magnétotérmicos

En el eje v e r t i c a l se sitúa el t i e m p o q u e puede ser m i l i s e g u n d o s , s e g u n d o s y m i n u t o s ; y en el eje h o r i z o n t a l se s i t ú a n los v a l o r e s m ú l t i p l o s de la I n t e n s i d a d . A s í el

de los interruptores (ABB).

2 significa el doble de la i n t e n s i d a d n o m i n a l . Por ejemplo, en la curva característica C, para una curva de f u n c i o n a m i e n t o o disparo If =1,45 Ir, cuando la corriente sea 2 veces la nominal (situarse en 2, en el eje horizontal de la grafica y subir en vertical hasta la Intersección con la curva y en este punto trasladarse h o r i z o n t a l m e n t e hasta la intersección con el eje vertical del t i e m p o ) el Inter r u p t o r a u t o m á t i c o tardará a p r o x i m a d a m e n t e 4 0 segundos en actuar por sobrecarga. En la curva B y D, para este m i s m o valor de la c o r r i e n t e , el I n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o a c t u a r í a al cabo del m i s m o t i e m p o que la C. Pero si la c o r r i e n t e fuese de 3 veces la n o m i n a l , los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de curva característica C y D a c t u a r á n al cabo de 12 segundos para la C y 11 para la D a p r o x i m a d a m e n t e . Sin e m b a r g o , en el de curva B, a c t u a r á a poco más de 0,01 segundo, una d é c i m a de segundo, lo que significa q u e es una a c t u a c i ó n i n s t a n t á n e a d e b i d o a la acción del e l e m e n t o e l e c t r o m a g n é t i c o del I n t e r r u p t o r . Esta m i s m a a c t u a c i ó n i n s t a n t á n e a se daría en los Inter r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de c u r v a C para una i n t e n s i d a d de 5 veces la n o m i n a l y de 10 veces para los de c u r v a D. Por ello se c o n o c e n c o m ú n m e n t c o m o de a c t u a c i ó n rápida para la curva B, n o r m a l para la C y lenta para la D.

76

D I S P O S I T I V O S DE P R O T E C C I Ó N

El relé térmico es un dispositivo de protección con capacidad para detectar la intensidad no admisible, sin intervenir cuando ésta sea admisible. Por sí solo no es capaz de eliminar la avería, necesita de otro elemento que realice la desconexión (el contactor); el principio de funcionamiento se basa en la dilatación que experimenta un bimetal. La corriente de servicio (Is) es la que consume en condiciones nominales. Los relés electromagnéticos son relés que protegen contra sobrecargas de gran envergadura. También se les denomina interruptores electromagnéticos. Son capaces de proteger contra cortocircuitos si están asociados con un contactor cuyo poder de corte sea suficiente. El interruptor magnetotérmíco es un dispositivo que tiene la capacidad de cortar (primero detecta y posteriormente elimina) las sobreintensidades no admisibles y los cortocircuitos. Reúne en un solo dispositivo las características de los térmicos y de los relés electromagnéticos y, por lo tanto, dispone de dos formas de funcionamiento. El interruptor diferencial es un dispositivo de protección capaz de detectar y eliminar por sí mismo fallos de aislamiento al acusar corrientes de defecto. Una corriente de defecto tiene lugar al producirse un fallo en el aislamiento entre las partes activas de la instalación (conductores) y las no activas de carcasas de los receptores, al unirlas a una puesta a tierra. El relé de máxima tensión es una protección contra sobretensiones. El relé de mínima tensión protege contra las subtensiones. El relé tacométrico se utiliza como seguridad en el control de instalaciones con maquinaria parada, y donde se necesite mantener una velocidad concreta para evitar daños a personas, instalaciones o equipos. Se suele aplicar en cintas transportadoras, ascensores, escaleras mecánicas, etc. El relé de protección contra interrupción de fases. Vigila la tensión y el valor medio aritmético entre fases o entre fases y neutro, garantizando que no se produzcan fallos de medición, incluso en caso de armónicos, tal como ocurre en instalaciones de emergencia y en rectificadores de corriente. Los seccionadores son aparatos destinados a i n t e r r u m p i r la continuidad de un conductor o aislarlo de otros conductores solamente cuando la corriente que lo recorre es muy débil. Se suelen instalar en combinación con los fusibles.

77

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Para asegurar la correcta protección de un cable contra sobreintensidades, el interruptor automático debe cumplir las siguientes condiciones: - Ib< ir < Iz - If s 1,45 Ir - Pdc < lee Tri - Ib: Intensidad de servicio - Ir: Intensidad de reglaje o calibre - Iz: Intensidad máxima admisible del cable - If: intensidad de funcionamiento - Pdc: Poder de corte del interruptor - IccTri: Intensidad de cortocircuito trifásico Jipe--

Prever la actuación selectiva de las protecciones. Permite actuar sobre la línea afectada permitiendo la continuidad del servicio. La elección del interruptor automático está en función de la tipología de los receptores del circuito que debe proteger el dispositivo actuando con un tiempo de respuesta distinto para una misma intensidad de defecto. Básicamente, los interruptores automáticos pueden ser de curva rápida, normal o lenta. Los fabricantes las definen, por ejemplo, con las letras B, C y D.

7

I

D I S P O S I T I V O S DE P R O T E C C I Ó N

Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la V si cada una de las siguientes afirmaciones

es verdadera, o la F si es

falsa. . Cualquier sobrecarga se considera no admisible.

V

F

V

F

2 2 . Por contacto indirecto se entiende todo contacto de personas con masas puestas accidentalmente bajo tensión. 2 3 . Un relé térmico es un dispositivo de protección con capacidad de detectar las intensidades no admisibles, cortando el circuito eléctrico.

V

2 4 . Los relés electromagnéticos que protegen contra sobrecargas de gran envergadura son capaces también de proteger contra cortocircuitos por sí solos.

V

. Los interruptores magnetotérmicos reúnen en un solo dispositivo las características de los térmicos y de los relés electromagnéticos y, por lo tanto, disponen de dos formas de funcionamiento.

V

2 6 . La protección por sobrecarga de los interruptores diferenciales es más rápida que la protección por cortocircuito.

V

F

2 7 . Se define sensibilidad de un interruptor diferencial como el valor mínimo de corriente de defecto a partir del cual debe abrir inmediatamente.

V

2 8 . Los relés de control tacométrico se utilizan como seguridad donde se necesite mantener una velocidad concreta para evitar daños a personas, instalaciones o equipos. V

F

V

F

V

F

29. Con el uso de interruptores con dispositivo diferencial se consigue adoptar valores de resistencia a tierra más bajos. 3 0 . Los interruptores automáticos con sistema de disparo electromagnético es la protección más adecuada contra contactos directos. Compara errores,

tus respuestas

con las que te indicamos

repasa la parte correspondiente

al final de la unidad. Si has

del tema antes de proseguir

tu

cometido

estudio.

79

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

LOS CONTACTORES Dada la importancia de la automatización eléctrica, y a la necesidad, cada vez más patente, de controlar ciertas máquinas a distancia, los automatismos eléctricos precisan de ciertos aparatos, que, aprovechando propiedades físicas, sirvan para estas funciones específicas. Uno de estos apartados eléctricos es el contactor. Es capítulo lo v a m o s a dedicar, p r e c i s a m e n t e , a estudiar el contactor. Es interesante saber c ó m o f u n c i o n a , cuáles son las clasificaciones que se p u e d e n establecer en f u n c i ó n del t i p o de a c c i o n a m i e n t o , de la disposición de los c o n t a c t o s , de la clase de c o r r i e n t e o de los límites de t e n s i ó n , y t a m b i é n , en que qué consiste el c o n t a c t o r e l e c t r o m a g n é t i c o y cuál es su f u n c i o n a m i e n t o (Fig. 1).

D Conceptos .«rara»»»». mm—m—m*,..

básicos

..,.,...

,..,, i

... ......

El c o n t a c t o r se puede d e f i n i r c o m o un a p a r a t o que, gracias a unos m e c a n i s m o s , es capaz de a b r i r o c e r r a r un c i r c u i t o e l é c t r i c o a distancia. En él p o d e m o s d e f i n i r los siguientes estados: - Estado de accionamiento: m o m e n t o en que actúan las fuerzas apropiadas para su f u n c i o n a m i e n t o (este estado t a m b i é n se d e n o m i n a estado de excitación). - Estado de reposo: m o m e n t o en que esas f u e r z a s dejan de actuar.

Figura l Cuadro eléctrico de una máquina donde se aprecian los contactores junto con los fusibles, transformador regletas de conexión.

y

A partir de la definición anterior podemos deducir que existen dos clases de contactores, en función directa de su estado: - Contactor.

El contactor recibe este nombre cuando la posición de reposo

coincide con la abertura de sus contactos. - Ruptor. El contactor se denomina r u p t o r cuando la posición de sus contactos coincide con el cierre en posición de reposo.

Polo de un aparato Se llama así al conjunto de elementos destinados a conectar un conductor de línea o fase a un aparato.

Contacto auxiliar Es el contacto secundario, casi siempre adosado y solidario al contactor en sí, destinado a funciones auxiliares. Cuando más adelante se especifiquen las partes del contactor t r a t a r e m o s los contactos auxiliares con más profundidad.

Contacto de reposo Se llama así al contacto auxiliar que está cerrado en posición de reposo. También se le suele denominar abreviadamente NC. En algunos textos lo encontraremos con el nombre de contacto, de apertura.

Contacto de trabajo Se llama así al contacto auxiliar que está abierto en posición de reposo. Suele abreviarse como NA. También se llama contacto de cierre.

Contacto de acción temporizada Es el contacto auxiliar cuyo cambio de estado sucede t r a n s c u r r i d o un t i e m p o a partir del m o m e n t o en que se da la orden de efectuarlo. En algunos textos lo encontraremos como contacto de acción diferida o contacto de acción retardada.

Poder de ruptura Es el valor de la máxima intensidad que un aparato puede cortar sin deteriorarse en unas determinadas condiciones de trabajo.

Poder de conexión Es el valor de la máxima intensidad que un aparato puede conectar sin deteriorarse en unas determinadas condiciones de funcionamiento.

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Tensión de restablecimiento Es el valor eficaz de la t e n s i ó n en bornes de un a p a r a t o después de la d e s c o n e x i ó n del circuito. En el caso de los c o n t a c t o r e s , se d e t e r m i n a c o m o la d i f e r e n c i a e n t r e la t e n s i ó n n o m i n a l y la existente en b o r n e s j u s t o después de la e x t i n c i ó n del arco.

Flujo magnético (é) Es una m a g n i t u d física propia de los c i r c u i t o s m a g n é t i c o s que se p r o d u c e en el interior de esa bobina al c o n e c t a r en sus b o r n e s (A1 y A2) una t e n s i ó n y c i r c u l a r por ella una c o r r i e n t e . Estas líneas de f u e r z a o f l u j o m a g n é t i c o t i e n d e n a cerrarse, de manera que p r o d u c e n una f u e r z a de a t r a c c i ó n .

Electroimán Es un c i r c u i t o m a g n é t i c o c o n s t i t u i d o por una bobina y un n ú c l e o m a g n é t i c o . Al aplicar una t e n s i ó n a la bobina, ésta crea un c a m p o m a g n é t i c o que circula a t r a v é s del n ú c l e o y en círculo al exterior, realizando así un c i r c u i t o m a g n é t i c o c e r r a d o que es capaz de a t r a e r m e t a l e s f e r r o m a g n é t i c o s . Esto queda explicado en el g r á f i c o de la f i g u r a 2, que nos a y u d a r á a c o m p r e n d e r , t a m b i é n , la m a g n i t u d de f l u j o m a g n é t i c o . F = Fuerza de a t r a c c i ó n . D = Dirección de las líneas de f u e r z a . A1, A2 = Bornes de la bobina Existen dos t i p o s de e l e c t r o i m a n e s , de corriente

•

alterna

y de corriente

continua.

A1

Bobina Figura 2. Gráfico de un circuito

Núc.cw

Material magnético

magnético.

Líneas de campo

82

Reluctancia Es una magnitud eléctrica que nos define la resistencia que en un circuito magnético se opone al paso del flujo.

Corrientes de Foucault Son corrientes indeseadas de flujo creadas en los núcleos ferromagnéticos de los circuitos inductivos, debidas a distintas causas, cuando los atraviesa un flujo magnético producido por una corriente alterna. No nos extenderemos en las explicaciones y causas de estas corrientes; únicamente debes saber que son las causantes de corrientes indeseadas en los circuitos inductivos y que existen f o r m a s de eliminarlas, o al menos paliarlas, que estudiaremos para el caso de los contactores, cuando veamos los núcleos de los electroimanes.

Clasificación Podemos establecer diferentes clasificaciones de los contactores

según sea su prin-

cipio de funcionamiento, la clase de corriente que los acciona, la disposición de sus contactos, y los límites de tensión. A continuación enumeraremos y comentaremos algunos aspectos de su f u n c i o n a m i e n t o ; veremos también, brevemente, los tipos diferenciados en cada clasificación.

Según el tipo de accionamiento Contactores

electromagnéticos

Son contactores cuyo accionamiento se realiza por medio de un electroimán. Son los más usados actualmente; por ese motivo les dedicaremos un apartado, en el cual explicaremos todos sus detalles constructivos y de funcionamiento. Contactores

mecánicos

y

electromecánicos

Son contactores cuyo accionamiento se realiza por medio de sistemas mecánicos (muelles, balancines, etc.); pero la orden para que los medios mecánicos realicen su función se da a distancia por medios eléctricos o electromagnéticos (electroimanes, etc.). Algunos autores incluyen en esta misma clasificación los contactores cuyo accionamiento es puramente mecánico. Aunque están prácticamente en desuso, se pueden encontrar algunos, utilizados como i n t e r r u p t o r e s de potencia a la salida de baja tensión de las estaciones transformadoras, o, simplemente, como cortacircuitos o seccionadores para circuitos secundarios de potencia elevada. Teniendo en cuenta que en la actualidad todavía se fabrican, comentaremos brevemente algunas de sus peculiaridades de funcionamiento.

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

a) Contactores

mecánicos.

Como se ha comentado, los contactores mecáni-

cos no son de uso corriente, debido a la mayor tendencia de los accionamientos modernos a tener activaciones a distancia y automáticas. Esto, unido a que los sistemas de accionamiento mecánico son casi sistemas de relojería, los hacen caros y voluminosos. En la actualidad todavía se fabrican, y sus aplicaciones se han comentado a n t e r i o r m e n t e . El funcionamiento de estos contactores no es muy complicado. El responsable del accionamiento es un resorte, que se descarga por medios mecánicos o simplemente al llegar al final de la carrera del sistema de carga de muelle (el sistema de carga de muelle es el encargado de tensar el resorte hasta su punto máximo). Los sistemas de carga de muelle van desde la simple palanca hasta manivelas; una vez tensado, un sistema mecánico libera el resorte, de forma que los contactos entran y (o si es un ruptor se abren) el circuito se cierra. Lo único que los diferencia de los electromecánicos es que la liberación de este muelle, incluso su tensado, se efectúa por medios eléctricos. b) Contactores

electromecánicos.

En su f u n c i o n a m i e n t o , los contactores

electromecánicos no se diferencian de los contactores mecánicos. La principal característica es que su conexión e incluso la carga del muelle se realiza a distancia. N o r m a l m e n t e la liberación del resorte de activación se realiza mediante un e l e c t r o i m á n . La carga del muelle se efectúa mediante un motor, que es activado por la descarga del resorte, por medio de un final de carrera al efecto, y que se detiene, mediante o t r o contacto final de carrera, cuando el muelle está tensado, dejando listo el c o n t a c t o r para otra maniobra. La complejidad y voluminosidad de estos contactores no los hace aptos para aplicaciones de maniobra o conexión de motores de baja y media potencia, hecho que los relega a funciones de arranque de motores de gran potencia, o como seccionadores, t a n t o en alta como en media y baja tensión. Otro detalle c o n s t r u c t i v o de estos contactores con gran poder de r u p t u r a o de conexión son los sistemas de soplado. Trataremos este tema más adelante, cuando describamos detalladamente los contactores electromagnéticos, ya que las consideraciones son las mismas.

Contactores neumáticos Son contactores cuyo sistema de accionamiento es por medio de un gas, que en lugar de tensar un resorte, actúa sobre un émbolo, que es el encargado de conectar o desconectar el circuito. Estos contactores son de escaso uso, pues las Instalaciones auxiliares que precisan son costosas y voluminosas; en definitiva, son antieconómicas para los fines que se persiguen. Con contactores electromagnéticos o electromecánicos conseguiríamos

las mismas prestaciones, o

incluso prestaciones mejores. Sólo falta mencionar que t a m b i é n existen contactores e l e c t r o n e u m á t i c o s , cuyo sistema de a c c i o n a m i e n t o del émbolo se realiza mediante electroválvulas.

84

LOS C O N T A C T O R E S

Contactores

hidráulicos

Son contactores que, en lo único que difieren de los anteriores, es en el sistema de accionamiento del émbolo; en el caso de los contactores hidráulicos se trata de un líquido, sea agua, aceite, etc. En este caso nos sirven las mismas apreciaciones, en cuanto a los aspectos de voluminosidad y carestía de instalación. Por otro lado, en estos contactores existen accionamientos por electroválvulas; los podríamos considerar, por tanto, electrohidráulicos.

Según la disposición de los contactos Con tactores

al aire

Son aquellos en los que la ruptura se produce en el seno del aire. Contactores

en ambiente

gaseoso

Son aquellos en los que la ruptura se produce en ambientes gaseosos. Están indicados para altas tensiones, y generalmente se usan como seccionadores. Con tacto res al

aceite

Son aquellos en los que la ruptura se realiza dentro de aceite. Los de baja tensión y potencia están en desuso. Aún podemos encontrar, sin embargo, algunos ruptores de media tensión que realizan la ruptura en medios aceitosos. Según la clase de

corriente

En esta clasificación sólo cabe enmarcar contactores con accionamientos o sistemas electromagnéticos en sus partes constructivas. Los hay de dos tipos: Contactores

de corriente

continua

En su circuito magnético, la bobina está alimentada con corriente continua. Contactores

de corriente

alterna

La bobina de su circuito magnético está alimentada con corriente alterna. Según los límites

de

tensión

Se trata de los límites de tensión que pueden soportar sus contactos. Los hay, también, de dos tipos: Contactores

de baja

tensión

Son aquellos cuyos contactos son capaces de soportar hasta tensiones de 1.000 V. Con tactores

de alta

tensión

Son aquellos cuyos contactos son capaces de soportar tensiones superiores a los 1.000 V.

85

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Simbología y referenciado La simbología

y el referenciado

de contactores se recogen en la Norma CEI 947-4,

una norma Internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. Los bornes de conexión de los contactores pueden ser referenciados mediante códigos de cifras y letras, o simplemente con cifras, hecho que ayuda a identificarlos; esto, a su vez, facilita en gran medida el cableado posterior de los esquemas. Antes de estudiar con más profundidad las partes de un contactor, realizaremos una pequeña diferenciación de sus partes, que consideramos conveniente mencionar. - Contactos principales, o de potencia - Contactos auxiliares, en los que podemos encontrar: - Contacto normalmente cerrado (NC). - Contacto normalmente abierto (NA). - Contacto de apertura temporizado. - Contacto de cierre temporizado. - Bobinas A continuación estudiaremos algunas peculiaridades sobre las cifras que referencian un contactor o las combinaciones entre ellas. Diremos, en primer lugar, que un contactor se nombra, en un esquema, con las siglas KM, seguidas de un número, que sirve para diferenciar la existencia de diferentes contactores. También notaremos Figuras.

que los números impares corresponden a la entrada de los contactos referenciados,

Referenciado de contactos.

mientras que los pares corresponden a la salida. Observa la figura 3, que nos

Bobina

1

3

muestra clara y gráficamen-

Cont. auxiliares

Cont. principales

5

13

te lo anteriormente expues11

to; te servirá, también, para ver la simbología

utilizada

en esquemas y dibujos. KM1

KM1

KM1

Ten en cuenta que los contactos de potencia se referencian con un solo número 14

86

del 1 al 6. Así,

- 1, 3, 5, para los de entrada. - 2, 4, 6, para los de salida. En cambio, los contactos auxiliares tienen una combinación de dos números, en los cuales la segunda cifra nos muestra el tipo de contacto. De este modo, - 1 y 2, contacto normalmente cerrado (NC). - 3 y 4, contacto normalmente abierto (NA). - 5 y 6, contacto de apertura temporizada. - 7 y 8, contactos de cierre temporizado. La primera cifra del referenciado de los contactos auxiliares nos muestra el número del contacto, pues en un contactor puede haber más de un contacto del mismo tipo. En la figura 4 sólo aparecen representados contactos auxiliares de un hipotético contactor En la figura 4, encontramos los siguientes contactos: a) Contacto NA. b) Contacto NA. c) Contacto de cierre temporizado. d) Contacto de apertura temporizada. e) Contacto NC. Fíjate en que la bobina se denomina en sus

1

bornes como A1 y A2.

1^1 C o n t a c t o r e l e c t r o m a g n é t i c o Debido a que el contactor electromagnético es el más usado en automatismos eléctricos, se tratará en un punto aparte, con explicaciones más o menos detalladas de sus partes constructivas y de su funcionamiento. Mientras que en cuanto a su funcionamiento no se crean unas diferencias muy significativas, sí existen en cuanto a su sistema de activación. Se pueden encontrar de dos tipos: con bobina de corriente continua y con bobina de corriente alterna.

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

El contactor se puede definir como un aparato que, gracias a unos mecanismos determinados, es capaz de abrir o cerrar un circuito eléctrico a distancia. Presenta dos estados: accionamiento o excitación, momento en que actúan las fuerzas apropiadas para su funcionamiento, y reposo, m o m e n t o en que esas fuerzas dejan de actuar. A partir de la definición anterior se deducen dos clases de contactores, en función de su estado: el contactor y el ruptor. Se pueden establecer,diferentes clasificaciones de contactores según su principio de funcionamiento, la clase de corriente que los acciona, la disposición de sus contactos y los límites de tensión. Según el tipo de accionamiento, podemos establecer la siguiente clasificación: contactores electromagnéticos, contactores mecánicos y electromecánicos, contactores neumáticos y contactores hidráulicos. Según la disposición de los contactos, encontramos los siguientes tipos de contactores: contactores al aire, contactores en ambiente gaseoso y contactores al aceite. Según la clase de corriente, se establece la siguiente clasificación: contactores de corriente continua y contactores de corriente alterna. Por último, según los límites de tensión, existen los siguientes tipos de contactores: contactores de baja tensión y contactores de alta tensión. Son aquellos cuyos contactos soportan tensiones superiores a los 1.000 V. La simbología y el referenciado de contactores se recogen en la Norma CEI 947-4. Se trata de una norma internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. Los bornes de conexión de los contactores pueden ser referenciados mediante códigos de cifras y letras, o simplemente con cifras, hecho que ayuda a identificarlos. El funcionamiento general de un contactor electromagnético se puede describir como una parte motora (circuito magnético) que consta de una parte fija y otra móvil; la fija, cuando se somete a la tensión de maniobra a la bobina, atrae a la móvil, que a su vez lleva solidarios unos contactos, cuyos polos son los encargados de abrir o cerrar circuitos. Cuando esta fuerza de atracción cesa, un resorte se encarga de llevar la parte móvil del contactor a la posición de reposo de manera que éste queda listo para otra maniobra.

88

LOS CONTACTORES

Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la Vsi cada una de las siguientes afirmaciones

es verdadera, o la F si es

falsa. . El poder de ruptura de un contactor es el valor de la máxima intensidad que el contactor puede cortar sin deteriorarse con unas determinadas condiciones de trabajo. . En los contactores neumáticos, su sistema de accionamiento es por medio de líquido. . Los contactores necesitan para su correcto funcionamiento que la alimentación de la bobina se realice en corriente alterna.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

. Los contactos de potencia de un contactor se referencian con un sólo número del 1 al 6; 1, 3, 5, para los de entrada y 2, 4, 6, para los de salida. . Los contactores temporizados se caracterizan por que su contacto auxiliar realiza el cambio de estado transcurrido un tiempo a partir del momento en que se da la orden de efectuarlo. . La reluctancia es una magnitud eléctrica que nos define la resistencia que en un circuito magnético se opone al paso del flujo. . Los contactores de ambiente gaseoso se utilizan para todo tipo de niveles de tensión. Aunque en alta tensión se encuentran en la actualidad en desuso. . La simbología de los contactores se recoge en una norma internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. . Según el referenciado de los contactores, en un esquema, las siglas NC, significan continuamente abierto. . La primera cifra del referenciado de los contactos auxiliares nos muestra el número de cables del contactor, pues en un contactor puede haber más de un cable. Compara

tus respuestas

con las que te indicamos

errores, repasa la parte correspondiente

al final de la unidad. Si has

del tema antes de proseguir

tu

cometido

estudio.

I

8'

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

RELÉS DE MANDO Y APARATOS AUXILIARES Existen diversas definiciones de relé, pero una de las más aceptadas es la definición dada por la Asociación de Fabricantes de Relés de EE.UU. (NARM), que lo define com o un elemento controlado eléctricamente que abre o cierra unos c o n t a c t o s c o m o e f e c t o de la influencia de otros elementos, en el mismo o en otro circuito eléctrico. Otra definición también aceptada es la que lo señala como un dispositivo (que puede ser eléctrico, neumático o mecánico, etc.) accionado por una variación en las características de funcionamiento de otros dispositivos (eléctricos, mecánicos, etc.) en el mismo circuito o en otro u otros circuitos eléctricos distintos. En el apartado de elementos auxiliares de mando y señalización se tratará de dar una visión lo más completa posible de la aparamenta auxiliar de mando y de maniobra que normalmente acompañan a los contactores en los montajes de automatismos eléctricos.

C l a s i f i c a c i ó n d e los r e l é s Tabla 1.

A los relés, se les puede clasificar según diferentes criterios, uno de ellos es por el

Clasificación de los relés

objeto de su instalación, donde se distinguen los de protección

o los de medida,

por la función que realizan en el circuito eléctrico.

Otra posible clasificación es por la función que realizan en el circuito eléctrico (tabla 1).

Por la función que realizan en el circuito electrico

De funcionamiento continuo

De funcionamiento por todo o nada Instantáneos

Temporizados

Secuenciales

Limitadores

Elemental

Elemental

Autoperlódico

De comparación de módulos de magnitudes de acción

Con contactos de paso

De duración de acción limitada

De programa

Con inmovilización de posición

Con inmovilización de posición

Integrador

De fase Analógicos

90

Convertidores

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Relés t e m p o r i z a d o r e s En lo t r a t a d o hasta el m o m e n t o , los c o n t a c t o s asociados a los e l e m e n t o s c o n m u t a ban de f o r m a i n m e d i a t a al a c t i v a r el ó r g a n o de m a n d o . Esta o p c i ó n no resulta ser s u f i c i e n t e en los a u t o m a t i s m o s , y es necesario incluir un r e t a r d o en la gran mayoría de procesos; es en este c a m p o d o n d e se aplican los relés

temporizadores.

La

precisión de los r e t a r d o s es de gran i m p o r t a n c i a sobre la calidad de los p r o d u c t o s o b t e n i d o s ; por ejemplo, en a c t i v i d a d e s de s o l d a d u r a eléctrica, la d u r a c i ó n del paso de c o r r i e n t e d e t e r m i n a r á en g r a n m e d i d a la calidad de cada p u n t o de soldadura. Los t e m p o r i z a d o r e s t i e n e n dos partes, c o m o t o d o s los relés: una, la r e c e p t o r a que se ha de a l i m e n t a r para que f u n c i o n e el t e m p o r i z a d o s y otra, f o r m a d a por una serie de c o n t a c t o s asociados q u e c o n m u t a n su posición según el t i p o de t e m p o r i z a d o r . El m a r g e n de t i e m p o de c o n m u t a c i ó n de los c o n t a c t o s se d e n o m i n a m á r g e n e s de t i e m p o y suele oscilar e n t r e varios s e g u n d o s a horas. Todos los t e m p o r i z a d o r e s disp o n e n de un m e c a n i s m o que p e r m i t e fijar el t i e m p o de t e m p o r i z a c i ó n . Los t e m p o r i z a d o r e s , en una p r i m e r a clasificación, se p u e d e n dividir en tres tipos: Temporizados

a la conexión.

También llamados t e m p o r i z a d o r e s al t r a b a j o ;

r e t a r d a n el c i e r r e o la a p e r t u r a de un c o n t a c t o a p a r t i r de a c t i v a r s e el t e m p o r i z a d o r por una señal de m a n d o . Cuando la bobina no se e n c u e n t r a a l i m e n t a d a , los c o n t a c t o s v u e l v e n a su Excitación bobina

posición de reposo. Observa el d i a g r a m a de f u n c i o n a m i e n t o en la f i g u r a 3a. Temporizados

a la desconexión.

Se les suele llamar

t a m b i é n t e m p o r i z a d o r e s al reposo; los c o n t a c t o s asociados a estos t e m p o r i z a d o r e s c o n m u t a n la posición Temporizado al trabajo

de los c o n t a c t o s de f o r m a i n s t a n t á n e a al a c t i v a r su ó r g a n o de m a n d o . Cuando se desactiva su ó r g a n o de m a n d o es c u a n d o empieza el proceso de t e m p o r i z a ción, m a n t e n i e n d o los c o n t a c t o s a c t i v a d o s hasta q u e

T1

ha t r a n s c u r r i d o el t i e m p o p r o g r a m a d o en que volveTemporizado al reposo

r á n a su posición de reposo. Un e j e m p l o de t e m p o r i zación a la c o n e x i ó n es la instalación de un e q u i p o de luces m a n d a d a por un a u t o m á t i c o de escalera. El diag r a m a de f u n c i o n a m i e n t o se refleja en la f i g u r a 3b.

T2

Temporizados Temp. al reposo + trabajo

a la conexión

y desconexión.

Retardan

el cierre o la a p e r t u r a de sus c o n t a c t o s a p a r t i r de un t i e m p o desde q u e se a c t i v e el t e m p o r i z a d o r , m a n t e n i e n d o esa posición un t i e m p o después de la desacti-

T1

90

T2

vación del m i s m o . Su d i a g r a m a de f u n c i o n a m i e n t o se c o r r e s p o n d e con el de la f i g u r a 3c.

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S

AUXILIARES

E 3 Relés auxiliares o d e m a n d o Este t i p o de relés, t a m b i é n llamados relés miento

de todo

o nada,

de

funciona-

relés auxiliares o c o n t a c t o r e s

auxiliares se d e f i n e n , según el v o c a b u l a r i o e l e c t r o t é c n i c o i n t e r n a c i o n a l , de la f o r m a s i g u i e n t e : "Un relé de todo o nada

es un relé

amplios

Ifmites

importancia

establecido

para

de la magnitud

secundaria

funcionar

de influencia,

su valor

de ajuste

dentro

de

siendo

de

o de

regula-

ción". Los relés auxiliares

son c o n t a c t o r e s de baja potencia, no

d i s p o n e n de c á m a r a s apagachispas ni de bobinas

de

soplado. En los relés previstos para t r a b a j o s más duros se diseñan sus c o n t a c t o s para que la i n t e r r u p c i ó n del arco se p r o d u z c a por e l o n g a c i ó n sin n i n g ú n s i s t e m a de soplado. En la f i g u r a 1 se m u e s t r a n d i f e r e n t e s m o d e l o s de relés auxiliares de m a n d o . En el m e r c a d o existe una gran v a r i e d a d en lo r e f e r e n t e a n ú m e r o de c o n t a c t o s nor-

Figura l

m a l m e n t e a b i e r t o s y n o r m a l m e n t e cerrados. Las bobinas se diseñan para ser cone-

Modelos de relés auxiliares

xionadas a las t e n s i o n e s n o r m a l i z a d a s : 48,110,125, 2 2 0 , 2 6 0 , 3 8 0 , 4 4 0 y 5 0 0 V y a

de mando.

una f r e c u e n c i a de 5 0 Hz.

Simbología y referenciado

Figura 2.

La simbología es similar a la que se explicó para los c o n t a c t o r e s , con la única dife-

Simbología y referenciado

rencia de que a las bobinas de los relés de m a n d o se las d e n o m i n a con las letras K

de relés auxiliares.

o KA seguidas de un n ú m e r o de o r d e n . Los c o n t a c t o s se n u m e r a n de f o r m a similar a la explicada en los c o n t a c t o r e s , c o m e n z a n d o el n ú m e r o de o r d e n de izquierda a ' d e r e c h a .

13 4NC + 2N

La f i g u r a 2 clarifica lo explicado y se repres e n t a n diversas posibilidades de

disposi-

ción de c o n t a c t o s .

Constitución El relé mas e x t e n d i d o es el de t i p o const r u c t i v o p a r e c i d o al contactor. Su c o n s t i t u ción la f o r m a n :

14

13

123

I 33

I 43 4NA

14

124

134

I44

13

123

I 33

I 43 1NC + 3N

- Electroimán. - Los c o n t a c t o s .

14

I 24

I 34

I 44

Relés auxiliares: tipos.

91

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Temporizadores magnéticos La bobina de los temporizadores

magnéticos

se alimenta con corriente continua o

con corriente alterna previamente rectificada.

Temporizadores neumáticos Un relé temporizador de principio

de funcionamiento

neumático

consta de tres par-

tes: - Orificio con filtro por donde penetra el aire comprimido, un vástago de latón en forma de cono que dispone de un tornillo de regulación de paso del aire, un fuelle de goma y un resorte antagonista situado en el interior del fuelle. Las gamas de regulación de tiempo van desde 0,1" a 1 hora. - Un electroimán para corriente continua o corriente alterna. - Los contactos solidarios al temporizador actúan mediante un juego de levas y palancas. Independientemente del principio de funcionamiento, todos los relés temporizados pueden ser a la conexión, a la desconexión o que dispongan de las dos posibilidades. Para que sea posible el último caso, el relé lleva dos cabezas independientes de temporlzación, una para retardar la conexión y otra para retardar la desconexión.

Temporizadores térmicos El principio de f u n c i o n a m i e n t o de los temporizadores

térmicos

se ba:sa en los

efectos térmicos de la corriente. El elemento f u n d a m e n t a l lo constituye un trans-

Figura 4.

f o r m a d o r de tensión; su primarlo se conecta a la f u e n t e de alimenta ción y el

Temporizador térmico.

secundario queda cerrado por una resistencia variable y un elemento bimetálico cuya d e f o r m a c i ó n se aprovecha para accionar un contacto c o n m u t a d o r (Fig. 4). Una particularidad de los temporizadores térmicos es que al cesar la tensión de alimentación el contacto no retorna Instantáneamente a su posición de reposo, pues el bimetal necesita de un cierto tiempo para enfriarse y volver a su posición inicial. Los temporizadores térmicos se pueden clasificar en: - De barras dilatables.

Los contactos se mueven cuando la diferencia de

temperatura entre dos barras dilatables idénticas alcanza el valor deseado, estando una de las barras calentada eléctricamente por la corriente de mando. Con este sistema se obtienen temporizaciones de 2" a 4'.

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

- Con hilos de dilatación.

Este t e m p o r i z a d o r d i s p o n e de un hilo r e c o r r i d o por

la c o r r i e n t e de m a n d o . C u a n d o se calienta, se dilata y m a n d a los c o n t a c t o s de r u p t u r a brusca. Se p u e d e n o b t e n e r con este sistema t e m p o r i z a c i o n e s de 0 , 2 " a 6'. - En atmósfera

de gas. En un r e c i p i e n t e se e n c u e n t r a un gas i n e r t e que c o m u -

nica con un t u b o capilar y éste a su vez con una c o l u m n a de m e r c u r i o ; un filam e n t o , r e c o r r i d o por la c o r r i e n t e de m a n d o , calienta el gas, que al dilatarse e m p u j a al m e r c u r i o , éste c o r t o c i r c u i t a dos e l e c t r o d o s que a t r a v i e s a n la p a r e d del t u b o c o r t o c i r c u i t a n d o con ello los b o r n e s de salida. - De biláminas.

Se basan en el d i f e r e n t e c o e f i c i e n t e de d i l a t a c i ó n q u e t i e n e n

dos metales d i f e r e n t e s í n t i m a m e n t e unidos, se p r o v o c a r á una c u r v a t u r a y con ellos se u n i r á n los bornes de salida. Un a r r o l l a m i e n t o de caldeo se encarga de c a l e n t a r el b i m e t a l .

Temporizadores electrónicos

Figura 5. Temporizadores

electrónicos.

El e m p l e o de los temporizadores

electrónicos

se extien-

de cada vez más. Se utiliza con relés e l e c t r o m a g n é t i c o s , al estar su bobina prevista para ser a l i m e n t a d a

con

c o r r i e n t e c o n t i n u a . Se basan en la carga y descarga de un c o n d e n s a d o r C a t r a v é s de una resistencia R. La r e s i s t e n c i a R d e s e m p e ñ a el p a p e l de l i m i t a d o r de caudal, p u d i e n d o ser fija o r e g u l a b l e m e d i a n t e p o t e n c i ó m e t r o . Se s u e l e n usar c o n d e n s a d o r e s e l e c t r o l í t i c o s , s i e m p r e q u e su r e s i s t e n c i a de a i s l a m i e n t o sea b a s t a n t e m a y o r q u e la r e s i s t e n c i a de d e s c a r g a R; si no f u e r a así, el c o n d e n s a d o r C se d e s c a r g a r í a a t r a v é s de su insuficiente

resistencia

de a i s l a m i e n t o .

La f i g u r a

5

m u e s t r a el a s p e c t o e x t e r n o de a l g u n o s t e m p o r i z a d o r e s electrónicos.

Dispositivos electromecánicos de temporización Tabla 2. Dispositivos electromecánicos

Se r e c u r r e a estos dispositivos c u a n d o se necesiten t i e m p o s de t e m p o r i z a c i ó n supe-

de temporización.

riores a una hora, y se p u e d e n clasificar de la f o r m a indicada en la t a b l a 2.

Dispositivos e l e c t r o m e c á n i c o s de t e m p o r i z a c i ó n De relojería de rotación continua, por m o t o r mecánico o eléctrico Aparatos con sentido único de rotación

94

Aparatos con retorno a cero

De relojería de rotación discontinua, mandados por un sistema temporizado Aparatos con sentido único de rotación

Aparatos con retorno a cero

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Otro tipo de clasificación los divide entre: - Cíclicos. Se utilizan en procesos que se repiten periódicamente por sí mismos una vez que se ha dado la orden de mando al temporizador, por ejemplo, el programador de una lavadora industrial. - No cíclicos. Se emplean en maniobras que funcionan según ciclos sucesivos no repetitivos, por ejemplo, el temporizador utilizado para realizar el paso de estrella a triángulo en ciertos arranques de motores asincronos.

Reciben el nombre de dispositivos de relojería los elementos motores utilizados en la temporización electromecánica. El sistema de transmisión del movimiento es el siguiente: el eje de un micromotor acciona un reductor de velocidad constituido por engranaje demultiplicador.

Los motores utilizados en los dispositivos de relojería son: - Motores

mecánicos.

Disponen de un motor asincrono de rotor de jaula de

ardilla. Así se asegura una reserva de marcha en caso de corte de corriente; el Inconveniente, al igual que cualquier reloj mecánico, es que puede adelantarse o retrasarse. - Micromotores

síncronos.

Son de gran precisión al depender la velocidad úni-

camente de la frecuencia de la corriente que lo alimenta, el eje del motor arrastra en su movimiento al árbol de levas a través del mecanismo reductor que varía según la gama de tiempos que se desee obtener. Figura 6. Programadores

Programador de levas.

En la figura 6 se muestra el aspecto externo de un programador de levas. Estos temporizadores (clasificación cíclica) disponen de un eje provisto de varias levas que se ajustan independientemente, formando un ciclo de funcionamiento con intervalos de tiempo y orden de accionamiento ya prefijados. Según como se comporten ante cortes en el suministro de tensión se construyen: - Programadores sin retorno a cero. - Programadores con retorno a cero. Conmutación

de acción

diferida

Forma parte de los temporizadores no cíclicos. Su funcionamiento es de la forma siguiente: cuando es alimentado con tensión comienza a girar, permaneciendo los contactos en reposo mientras dura el proceso de temporización. Transcurrida ésta

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

las levas accionadas por el eje del motor invierten los contactos. El motor se parará; para ponerlo otra vez en marcha se deberá accionar un pulsador manual o automáticamente. Interruptor

horario

Es un temporizador cíclico que funciona de la forma siguiente: el eje del motor con su correspondiente reductora pone en movimiento un disco graduado sobre cuyo borde pueden desplazarse unos cursores. Éstos, en su movimiento, chocan con conmutadores, los cuales abren o cierran circuitos según se hayan programado previamente. En la figura 7 aparece un interruptor horario. Las posibilidades de programación son inmensas (diario y semanal o diario y mensual...). En el mercado también existen temporizadores electrónicos cíclicos con indicación digital. Figura 7. Interruptor horario.

Graduador

de

impulsos

Es un temporizador del grupo de los cíclicos, en el que el tiempo de apertura Ta y de cierre Te de los contactos es regulable. La suma de los tiempos Ta + Te es constante e igual a la duración del ciclo y corresponde a una rotación completa de eje de mínima velocidad. Funciona de la forma siguiente: el eje de mínima velocidad del motor acciona una serie de levas ajustables; estos ajustes pueden tener una duración que va desde un 2 % al 9 8 % de la duración total del ciclo, o se puede obtener el mismo resultado con dos levas montadas sobre un mismo eje combinando su decalación angular y sus contactos conexionados en serie. De minutería

síncrona

Es un t e m p o r i z a d o r a la desconexión, los contactos se gobiernan por un impulso breve. Su f u n c i o n a m i e n t o es el siguiente: por medio de un relé de aislamiento se aplica un impulso sobre la bobina del embrague, éste quedará accionado permaneciendo embragado debido al contacto de autoalimentación M. La leva girará y al final de la temporización la leva acciona el contacto de desconexión A con lo que tanto el embrague como el motor quedan desconectados. Gracias a un resorte la leva vuelve a su posición y los contactos A y B también vuelven a su posición de reposo.

H _ O t r o s relés Resulta prácticamente imposible examinar todos los tipos existentes en el mercado de relés de mando y control, dado los objetivos que este curso pretende. No obstante, mencionaremos algunos de ellos, como por ejemplo: relés de alarma, relés de control de líquidos o relés controladores de fotocélulas.

96

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

S

E l e m e n t o s auxiliares d e m a n d o y señalización

En una primera clasificación, los elementos auxiliares se agruparán de la forma siguiente: - Elementos de mando manual. - Elementos de mando automático. - Elementos de señalización.

Manuales Los elementos de mando manuales deben: - Ser sencillos, seguros, robustos y disponer de resistencia al choque. - Garantizar la seguridad del personal y la de la máquina que controla. - Permitir arranques y paradas mediante varios puestos de mando. - Evitar al operario desplazamientos y movimientos inútiles y fatigosos. - Impedir arranques no previstos después de un corte de corriente. Las condiciones de utilización y las características de los circuitos controlados son criterios que determinan la elección de los auxiliares de mando manual.

Figuras. Tipos de pulsadores.

Pulsadores Las cajas de pulsadores son unidades de mando empotrables (Fig. 8). Según la función que realizan se dividen en: - Los que sólo conectan y desconectan durante el impulso, y posteriormente vuelven a su posición inicial (contactos momentáneos) y es a éstos a los que más nos dedicaremos. - Los que quedan en posición activada cuando se acciona la cabeza de mando (contactos mantenidos o de enganche). Precisan de una segunda intervención para anular la anterior. En realidad son Interruptores.

H

Las cajas de pulsadores se usan en m a n i o b r a s con c o n t a c t o r e s para a b r i r o c e r r a r c i r c u i t o s auxiliares, para el m a n d o de relés, para la señalización, etc. En la f i g u r a 9 se aprecia la c o n s t i t u c i ó n de un pulsador. Consta b á s i c a m e n t e de: - Un b o t ó n pulsador. - Una c á m a r a de c o n t a c t o s . Al a c c i o n a r el b o t ó n pulsador, éste actúa sobre los c o n t a c t o s c a m b i á n d o l o s de posición: los a b i e r t o s pasarán

a cerrados

y los cerrados

a

abiertos.

Figura 9. Sistemas de montaje de los pulsadores.

Combinadores Se utilizan los c o m b i n a d o r e s para el m a n d o s e m i a u t o m á t i c o en varios t i e m p o s de los aparatos de elevación (tornos, puentes grúas, etc.). Gracias a los múltiples c o n t a c t o s que disponen, g o b i e r n a n el arranque, la aceleración y el f r e n a d o de los m o t o r e s . Están diseñados para que se m a n e j e n m a n u a l m e n t e m e d i a n t e giros de palancas y manivelas. Su a p l i c a c i ó n principal es en el c a m p o del m a n d o y c o n t r o l de a p a r a t o s elevadores (grúas, m o n t a c a r g a s , etc.). Por el s i s t e m a de m a n d o se dividen en: - Mando

de uno, dos, etc. combinadores

mediante

palanca.

La m a n i o b r a se

realiza con la a y u d a de una palanca o de una m a n e t a t i p o pistola. - Mando

de combinadores

mediante

pedales.

Suelen ser de i m p u l s o o de

e n g a n c h e y e s t á n d e s t i n a d o s al m a n d o a t r a v é s de c o n t a c t o r e s de m á q u i nas h e r r a m i e n t a s ( b o b i n a d o r a s , e s m e r i l a d o r a s , t a l a d r a d o r a s , prensas, sold a d o r a s , etc.). Se usan p r e f e r e n t e m e n t e c u a n d o el o p e r a r i o t i e n e las dos manos ocupadas.

98

RELÉS DE M A N D O Y A P A R A T O S

- Mando de combinadores

mediante

servomotor.

AUXILIARES

Se utiliza este t i p o de m a n d o

para el g o b i e r n o a distancia de los a r r a n q u e s o r e g u l a c i o n e s a u t o m á t i c a s de v e l o c i d a d c o n t r o l a d a s por relé, o c o m o p r o g r a m a d o r en los e q u i p o s a u t o m á ticos que r e p i t e n las secuencias de m a n i o b r a - Mando de combinadores

mediante

llaves. La a p e r t u r a o cierre de c o n t a c t o s se

realiza m e d i a n t e una llave m e d i a n t e un giro e l e m e n t a l de 9 0 ° . Este t i p o de m a n d o s evita posibles a c c i o n a m i e n t o s de operarios no a u t o r i z a d o s (Fig. 10).

Detectores y automáticos Se r e c u r r e a sistemas

de mando

automáticos

con el o b j e t o de evitar p r e o c u p a c i o -

nes al usuario, es preciso q u e el m a n d o a u t o m á t i c o sea seguro, sencillo, r o b u s t o y fiable. En este caso, el c o n t r o l de los c o n t a c t o r e s se suele realizar por d e s p l a z a m i e n tos de m ó v i l e s a c c i o n a n d o en su r e c o r r i d o finales de carrera, por el v i e n t o (anemóm e t r o s ) , por la presión (presostatos), por las d e p r e s i o n e s (vacuostatos), por la t e m p e r a t u r a ( t e r m o s t a t o s ) , v e l o c i d a d de un m o t o r ( t a c ó m e t r o s ) , l u m i n o s i d a d (células f o t o e l é c t r i c a s ) , etc.

Figura 10. Tipos de mandos especiales

Es e v i d e n t e que las posibilidades son ¡limitadas, según d i f e r e n t e s v a r i a n t e s : por la f o r m a de los d i s p o s i t i v o s de m a n d o , por los f e n ó m e n o s físicos a medir, por las prot e c c i o n e s que facilitan, etc. De c u a l q u i e r f o r m a , para la elección de un sistema de m a n d o a u t o m á t i c o se t e n d r á q u e t e n e r en c u e n t a : Naturaleza del a m b i e n t e .

- Condiciones de u t i l i z a c i ó n .

P r o t e c c i ó n que debe tener.

- Cantidad y n a t u r a l e z a de los c o n t a c t o s .

L u g a r de t r a b a j o .

- Valor de la t e n s i ó n e i n t e n s i d a d a controlar.

Finales

de

carrera

Su f u n c i ó n es c o n t r o l a r la posición de c i e r t o s ó r g a n o s móviles de las máquinas, perm i t i e n d o la puesta en m a r c h a , la d i s m i n u c i ó n de velocidad, la parada en un d e t e r m i n a d o lugar, o m a n d a r ciclos de f u n c i o n a m i e n t o a u t o m á t i c o s . Los dispositivos que se e m p l e a n para el m a n d o son m u y

•

diversos; e n t r e los más c o r r i e n t e s se e n c u e n t r a n : pulsadores, bolas, liras, roldanas, etc. (Fig. 11). Se p u e d e n dist i n g u i r los siguientes g r u p o s de finales de c a r r e r a : - Los q u e p r o p o r c i o n a n una p r o t e c c i ó n c o n t r a excesos de carrera ( c o n t r o l a n la v e l o c i d a d ) . - Los q u e enclavan y r e g u l a n la sucesión de movim i e n t o s de los d i s t i n t o s e l e m e n t o s de una t r a n s m i sión de i n t e r c o n e x i ó n .

s

Figura 11. Modelos de finales de carrera.

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

- Los que se e n c a r g a n de inversiones de s e n t i d o de giro de m o t o r e s , t r a n s f e rencias a o t r o s circuitos, etc. - Los q u e se e n c a r g a n de parar a un m o t o r en m o m e n t o s previstos. Controladores

de

Son los presostatos

presión y los vacuostatos.

Son aparatos diseña-

dos para regular o c o n t r o l a r la presión en circuitos hidráulicos y n e u m á t i c o s (Fig. 12). En el m o m e n t o en que la presión o depresión adquiera un valor prefijado, el c o n t a c t o de cierre o de a p e r t u r a cambia de posición Se e m p l e a n para: - A s e q u r a r la c i r c u l a c i ó n de un f l u i d o de l u b r i c a c i ó n o de refriqeraclón. - L i m i t a r la presión en m á q u i n a s - h e r r a m i e n t a s . - O r d e n a r la puesta en m a r c h a de g r u p o s c o m p r e s o r e s .

Controladores

de

temperatura

Presostatos y vacuostatos. Se utilizan para mantener

la temperatura

deseada en un sistema c e r r a d o . Un sen-

sor de t e m p e r a t u r a se encarga de c o n m u t a r los c o n t a c t o s de m a n d o . Detectores

de nivel

de

líquidos

Se e m p l e a n para el mando

automático

de estaciones

de bombeo

c o n t r o l a n d o la

a l t u r a m á x i m a y m í n i m a del líquido c u y o nivel se t r a t a de controlar. Figura 13. Detectores

Detectores

fotoeléctricos

fotoeléctricos. Los d e t e c t o r e s f o t o e l é c t r i c o s p e r m i t e n d e t e c t a r la presencia o m o v i m i e n t o de objetos al c o r t a r un haz l u m i n o s o (Fig. 13). Los sistemas utilizados son: - Sistema

reflex.

El e l e m e n t o e m i s o r y r e c e p t o r se e n c u e n t r a n en

una

m i s m a caja. El haz l u m i n o s o q u e p r o v i e n e del e m i s o r es r e e n v i a d o al r e c e p t o r p o r un r e f l e c t o r m u l t i p r i s m a s . T i e n e la v e n t a j a de ser e c o n ó m i co y f á c i l de m a n i p u l a r , p e r o t i e n e el I n c o n v e n i e n t e de q u e su a l c a n c e es m u y r e d u c i d o , a p r o x i m a d a m e n t e 8 m, y no d e t e c t a el paso de un o b j e t o reflectante. - Sistema

barrera.

El receptor y el emisor se encuentran separados. Cuando la

intensidad del haz luminoso alcanza un umbral determinado, un sistema fotosensible manda la conmutación del órgano de salida, ampliando previamente la señal. Tiene un alcance superior a los 15 m y puede detectar un objeto reflectante.

I

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Frenos

de

maniobra

A veces es necesario poder parar los motores rápidamente Para conseguir este objetivo se usan los frenos electromagnéticos de maniobra. Suelen usarse en grúas, montacargas, finales de carrera, etc. Están constituidos por el freno y el accionamiento

del freno.

El freno es una rueda o disco metálico con eje coincidente con el del motor sobre él pueden actuar una o dos zapatas metálicas recubiertas de fieltro o amianto para conseguir una aceptable fricción. Las zapatas se encuentran sometidas a la presión de una serie de muelles. El accionamiento

se efectúa por medio de un electroimán, su armadura es solidaria

con las zapatas del freno. Cuando el electroimán no está excitado, los muelles antagonistas del freno mantienen a las zapatas sobre la rueda del freno, al poner en marcha el motor se excita el electroimán y atrae a su armadura, venciendo la presión de los muelles de freno. Cuando se para el motor se vuelve a repetir el ciclo.

^

Elementos de señalización

Resulta imprescindible señalar cualquier estado de los elementos de mando y control de los equipamientos eléctricos, así como el estado de funcionamiento del mismo equipamiento; para conseguirlo se recurre a dispositivos de señalización. Normalmente se acostumbra a dividirlos en dos grandes grupos: - Señalizaciones acústicas. Las suelen realizar: timbres, sirenas, zumbadores. Suelen indicar situaciones de funcionamiento peligrosas. - Señalizaciones

ópticas. Que se pueden realizar de la forma:

- Por indicaciones de adhesivos con diferentes colores y marcas. - A través de placas indicadoras, situadas alrededor del botón pulsador. En la tabla 3 verás los colores normalizados de los pulsadores. - Señalización

luminosa.

Los sistemas empleados suelen ser:

- Lámparas de incandescencia. - Lámparas en atmósfera de gas. - Lámparas de incandescencia montada en serie con una resistencia. - Lámpara de incandescencia o de gas alimentada por un transformador. En la tabla 4 verás los colores normalizados para las lámparas de señalización.

101

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

T A B L A 3 - Colores de pulsadores y significado Color

Significado

Aplicaciones

Rojo

Accionamiento en caso de peligro

Paro de emergencias Extinción de incendios

Paro (OFF)

Paro general Paro de algún motor Paro de partes de una máquina Desconexión de un aparato de mando Rearme combinado con función de paro

Amarillo

Intervención

Intervención para interrumpir condiciones anómalas o no deseadas

Verde

Marcha (ON)

Marcha general Arranque de motores Arranque partes de máquinas Conexión de aparatos mando

Azul

Otras condiciones no cubiertas anteriormente

En casos especiales podrá darse a este color un significado especial

Negro Gris Blanco

No tiene ningún significado especial

Se podrán usar para cualquier significado. A excepción de pulsador de paro

T A B L A 4 - Colores para lámparas de señalización y significado Color

Significado

Explicación

Empleos

Rojo

Peligro o alarma

Señaliza peligros o estados que requieran acción Inmediata

Fallo sistema de engrase Temperatura excesiva Partes de máquina parada Peligro partes bajo tensión

Amarillo

Precaución

Modificación o cambio próximo de condiciones

Temperatura o presión que difiere del valor normal Sobrecarga admisible solamente un tiempo

Verde

Seguridad

Condiciones de servicio seguras

Circulación de líquido de refrigeración Conectada la maniobra automática de la caldera Maquina dispuesta para el arranque

Azul

Informaciones específicas

Cualquier significado menos los anteriores

Señalización de mando remoto Selector colocado en posición de preparación de máquina

Blanco

Información general

Cualquier significado podrá ser empleado cuando existan dudas sobre el empleo de los colores

102

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Resumen Relés auxiliares o de mando: también llamados relés de funcionamiento de todo o nada, se definen como relés para funcionar dentro de amplios límites de la magnitud de influencia, siendo de importancia secundaria su valor de ajuste o de regulación. Están constituidos básicamente por un electroimán y un juego de contactos. Relés temporizadores: son relés en los que la abertura o cierre de sus contactos se efectúa con retardo y se pueden clasificar en: - Temporizados a la conexión, retardan el cierre o la apertura de un contacto a partir de activarse el temporizador por una señal de mando. - Temporizados a la desconexión, conmutan la posición de los contactos de forma instantánea al activar su órgano de mando. Cuando se desactiva su órgano de mando es cuando empieza el proceso de temporización. - Temporizados a la conexión y desconexión. Retardan el cierre o la apertura de sus contactos a partir de un tiempo desde que se active el temporizador. Por su principio de funcionamiento pueden ser: magnéticos, neumáticos, térmicos o electrónicos. Dispositivos electromecánicos de temporización: se recurre a estos dispositivos cuando se necesitan tiempos de temporización superiores a una hora. Programadores: disponen de un eje provisto de varias levas que se ajustan independientemente, formando un ciclo de funcionamiento con intervalos de tiempo y orden de accionamiento ya prefijados. Interruptor horario: funciona de la forma siguiente: el eje del motor con su correspondiente reductora pone en m o v i m i e n t o un disco graduado sobre cuyo borde pueden desplazarse unos cursores. Estos en su movimiento chocan con conmutadores, los cuales abren o cierran circuitos según se hayan programado previamente. De minutería síncrona: es un temporizador a la desconexión. Pulsadores: las cajas de pulsadores son unidades de mando empotrables. Atendiendo a las condiciones de mando, pueden clasificar en eléctricos, mecánicos, de montaje y ambientales.

103

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Combinadores: se utilizan los combinadores para el mando semiautomático en diversas máquinas de elevación (tornos, puentes grúas, etc.). Por el sistema de mando se dividen en mando de uno, dos, etc. combinadores mediante palanca; mando de combinadores mediante pedales; mando de combinadores mediante servomotor; mando de combinadores mediante llaves. Y por su construcción se dividen en combinadores de mandos de segmentos (constituidos por una serie de segmentos interconexionados eléctricamente y dispuestos sobre un cilindro rotativo) y combinadores de mando de levas; en este último caso también existe un tambor giratorio pero se diferencian estos combinadores del anterior en que dicho tambor está constituido por el apilamiento de una serie de levas construidas de material aislante, las cuales actúan mecánicamente sobre una serie de contactos móviles abriendo y cerrando circuitos. Finales de carrera: su función es controlar la posición de ciertos órganos móviles de las máquinas, permitiendo la puesta en marcha, la disminución de velocidad, la parada en un determinado luqar o mandar ciclos de funcionamiento automáticos. Controladores de presión: presostatos y los vacuostatos, son aparatos diseñados para regular o controlar la presión en circuitos hidráulicos y neumáticos. En el momento en que la presión o depresión adquiera un valor prefijado, el contacto de cierre o de apertura cambia de posición. Controladores de temperatura: se utilizan para mantener la temperatura deseada en un sistema cerrado. Un sensor de temperatura se encarga de conmutar los contactos de mando. Detectores de nivel de líquidos: se emplean para el mando automático de estaciones de bombeo controlando la altura máxima y mínima del líquido cuyo nivel se trata de controlar. Detectores fotoeléctricos: los detectores fotoeléctricos permiten detectar la presencia o movimiento de objetos al cortar un haz luminoso. Frenos de maniobra: a veces es necesario poder parar los motores rápidamente. Para conseguir este objetivo se usan los frenos electromagnéticos de maniobra. Señalizaciones acústicas: timbres, sirenas, zumbadores. Suelen indicar situaciones de funcionamiento peligrosas. Señalizaciones ópticas: por indicaciones de adhesivos con diferentes colores y marcas o a través de placas indicadoras, situadas alrededor del botón pulsador. I 1 I Señalización luminosa: los sistemas empleados suelen ser lámparas de Incandescencia, lámparas en atmósfera de gas, lámparas de Incandescencia montada en serie con una resistencia y lámparas de incandescencia o de gas alimentada por un transfórmador.

104

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la V si cada una de las siguientes afirmaciones

es verdadera, ola F si es

falsa. . Los relés auxiliares en realidad son contactores de baja potencia que no disponen de cámaras apagachispas ni de bobinas de soplado.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

. Los temporizadores a la conexión retardan el cierre o la apertura de un contacto a partir de desactivarse el temporizador por una señal de mando. . La bobina de los temporizadores magnéticos se alimenta con corriente continua o con corriente alterna previamente rectificada. . Una particularidad de los temporizadores térmicos es que al cesar la tensión de alimentación el contacto no retorna Instantáneamente a su posición de reposo. . Un graduador de impulsos es un temporizador del grupo de los no cíclicos, en el que el tiempo de apertura Ta es regulable y el tiempo de cierre Te no es regulable. . Los pulsadores quedan en posición activada cuando se acciona la cabeza de mando y precisan de una segunda intervención para anular la anterior. . Un final de carrera no tiene la función de mandar ciclos de funcionamiento automáticos. . Un freno de maniobra es una rueda o disco metálico con eje coincidente con el del motor sobre el que pueden actuar una o dos zapatas metálicas. . Los detectores de nivel de líquidos se emplean para el mando automático de estaciones de bombeo controlando la altura máxima y mínima del líquido cuyo nivel se trata de controlar. SO. Las lámparas de color azul señalizan peligros o estados que requieran acción inmediata. Compara errores,

tus respuestas

con las que te indicamos

repasa ia parte correspondiente

al final de la unidad. Si has

del tema antes de proseguir

tu

estudio.

cometido

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

ESQUEMAS DE M A N D O Y CONTROL De m o d o genera! p o d e m o s decir que los esquemas de mando y control se utilizan para el desarrollo de los accionamientos eléctricos mediante contactores, relés auxiliares, temporizadores, pulsadores, lámparas de señal, etc., tanto en el interior de los armarios eléctricos c o m o en el exterior, es decir, en las instalaciones de campo. En estos esquemas

de marido

y control

se r e p r e s e n t a n t o d o s los cables y b o r n e s de

c o n e x i ó n q u e f o r m a n el a u t o m a t i s m o , y r e s p e c t o de la clasificación que h e m o s h e c h o en t e m a s a n t e r i o r e s d i s t i n g u i e n d o los e s q u e m a s unifilares y m u l t i f i l a r e s , d e b e m o s a f i r m a r que se t r a t a de r e p r e s e n t a c i o n e s m u l t i f i l a r e s , es decir, con t o d o s los cables que f o r m a n el c i r c u i t o . A p a r t i r de los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l se genera o t r o t i p o de e s q u e m a s para realizar el c o n e x i o n a d o del i n t e r i o r de los a r m a r i o s eléctricos: los esquemas cableado

interno,

de

en los que se detallan las conexiones e n t r e d i s t i n t o s c o m p o n e n -

tes, o bien los q u e c o r r e s p o n d e n a los bornes de c o n e x i ó n para las conexiones exteriores e n t r e d i s t i n t o s equipos. Cuando se t r a t a de los e s q u e m a s de c a b l e a d o i n t e r no, se c o n f e c c i o n a una colección de planos para cada c u a d r o o caja auxiliar q u e puede h a b e r en la instalación. Por lo t a n t o , en este t e m a v a m o s a e s t u d i a r los a u t o m a t i s m o s eléctricos, los sistemas de c o n m u t a c i ó n , las f u n c i o n e s lógicas más i m p o r t a n t e s y los e l e m e n t o s principales de los e s q u e m a s de m a n d o (Fig. 1).

váívula

3 vía*

ci/euito

(Radiadores y bcya temperatura) bomba emano

iRacfcaítores y baja temperatura)

Figura l Unidad de mando de un automatismo gue

corresponde

a una caldera. Se aprecian las señales de entrada correspondientes

a los

sensores y las de salida, hacia la bomba y válvulas respectivas.

106

N t

230 V y/o z o n a uriit OPCIONAL

A F 200

VF 202

OPCIONAt-

E S Q U E M A S DE M A N D O Y C O N T R O L

1

HH L o s a u t o m a t i s m o s e l é c t r i c o s La evolución de la industria ha obligado a la sustitución progresiva de las distintas máquinas que eran independientes entre sí por conjuntos cada vez más complejos que reúnen las funciones propias de la fabricación y el mantenimiento, incluyendo también aplicaciones propias de almacenamiento y control automático. En consecuencia, los sistemas automáticos eléctricos han evolucionado, y siguen modificándose, para mejorar la fiabilidad de los equipos y la velocidad de respuesta. Podemos afirmar, sin ninguna duda, que sin el control eléctrico no podría haber evolucionado ninguna rama de la industria hasta los niveles actuales. Los automatismos

eléctricos

permiten agrupar en un espacio relativamente reduci-

do muchos sistemas de mando y control, que hacen posible una serie de trabajos consecutivos. Detrás de estos automatismos siempre hay un esquema que refleja y hace posible el funcionamiento de la Instalación.

En la mayoría de operaciones de la vida cotidiana hay un sistema de automatización que posibilita el funcionamiento de las máquinas en su sentido más amplio. Por ejemplo, cuando llevas el coche al túnel de lavado, se desencadena un proceso que funciona casi sin actuación del vigilante de la instalación. Según tu vehículo avanza, se pondrá en marcha la ducha del agua a presión, los cepillos giratorios se acercan a la carrocería y a las ruedas; luego, con un movimiento de vaivén, se mueven las bayetas; posteriormente se realiza el aclarado y finalmente entran los ventiladores del secado.

Si tuviera que haber una o varias personas para controlar todo el proceso -abrir y cerrar las válvulas del agua, poner en marcha y parar a su debido tiempo los distintos motores, controlar la posición de los accionamientos, etc.- el coste final del lavado sería muy superior. Por otra parte, los problemas derivados de incorporar accionamientos sucesivos se hacen mayores cuando aumentan la distancia entre los elementos que hay que controlar, y aún se complica más si en un proceso se deben incorporar sistemas de regulación. En muchos procesos hay que controlar la presión, la temperatura, el caudal o las características de diversos componentes, lo que hace necesario medir continuamente estos factores, con el fin de poder actuar y regular el proceso. En consecuencia, sin un sistema que reúna todas estas variables, no podrían funcionar los controles y automatismos de la mayoría de instalaciones, ya que una actuación manual de cualquier operador queda fácilmente superada por las necesidades del funcionamiento del sistema.

107

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Los sistemas de c o n m u t a c i ó n Se llama sistema

de conmutación

a todo el conjunto de los contactos y bobinas de

los diferentes relés y contactores, finales de carrera, pulsadores, lámparas, etc., que forman parte de un automatismo. En otras palabras, también podemos decir que un sistema es de conmutación cuando, para conseguir un resultado determinado, es necesario satisfacer una serle de condiciones que dependen del estado de los diferentes órganos de mando, con funcionamiento por todo o nada. Según cuál sea el sistema considerado, este funcionamiento por todo o nada corresponde a abierto o cerrado, frío o caliente, cierto o falso, o bien a la situación de uno o cero.

Aunque trataremos de esta serie de estados todo o nada, sabemos que en muchas ocasiones estos extremos no cambian bruscamente en la vida cotidiana, porque hay una serie de estados intermedios que hacen difícil pasar inmediatamente de una situación a otra. Así, por ejemplo, un depósito de agua no pasa instantáneamente de estar totalmente lleno a totalmente vacío, e igualmente, cuando un cuerpo se desplaza, no pasa instantáneamente de la posición A a la posición B, separadas entre sí por una distancia, por ejemplo, de 20 metros.

Sin embargo, si se trata de los sistemas eléctricos, pasamos rápidamente de tener un elemento conductor (que corresponde al estado todo o uno) a tener un elemento no conductor (que corresponde al estado nada o cero). En el primer ejemplo, podemos considerar que cuando el depósito alcanza el 9 5 o 100 % de la capacidad, está totalmente lleno, y vacío, cuando la capacidad está entre el 0 y el 5 % . Aunque el tránsito de un estado a otro no sea Instantáneo, en un momento del tiempo podremos definir que el estado o la situación de un elemento se ha modificado. Para trasladar estos conceptos al objetivo que nos proponemos mostrarte -la concepción de los automatismos eléctricos y los esquemas que los representan-, ten en cuenta la siguiente consideración: un contacto eléctrico está formado por dos partes conductoras que un mecanismo puede separar o unir. Este contacto, cuando está cerrado, es un elemento conductor y tiene una resistencia nula entre sus bornes. Si el contacto está abierto, se trata de un elemento no conductor y entre los bornes tiene una resistencia infinita. Pero para que el sistema eléctrico sea completo, se necesita una fuente de tensión y uno o varios órganos de utilización o receptores (lámparas, relés, motores, contactores, etc.).

108

E S Q U E M A S DE M A N D O Y C O N T R O L

Tanto los ó r g a n o s de m a n d o (o c o n t a c t o s de a c c i o n a m i e n t o s ) c o m o los r e c e p t o r e s s o l a m e n t e p u e d e n t e n e r dos estados: a l i m e n t a d o o no a l i m e n t a d o . En consecuencia, m e d i a n t e los sistemas de m a n d o y c o n t r o l , p r e t e n d e m o s c o n s e g u i r q u e los r e c e p t o r e s estén a l i m e n t a d o s c u a n d o se satisfacen las c o n d i c i o n e s deseadas. A su vez, los d i s p o s i t i v o s auxiliares están c o n t r o l a d o s por los ó r g a n o s de m a n d o a los que e s t á n c o n e c t a d o s , y t o m a n el estado uno o c o n d u c t o r si satisfacen unas c o n d i c i o nes, y el estado cero o no c o n d u c t o r si no las satisfacen. A c o n t i n u a c i ó n v a m o s a e s t u d i a r de q u é m o d o la c o m b i n a c i ó n de los estados que c o r r e s p o n d e n a varios e l e m e n t o s de a c c i o n a m i e n t o , que a su vez a c t ú a n sobre los receptores, hace v a r i a r el estado de estos ú l t i m o s .

Las f u n c i o n e s l ó g i c a s f u n d a m e n t a l e s Hay tres tipos de dispositivos, q u e l l a m a m o s f u n c i o n e s lógicas f u n d a m e n t a l e s : - Función

Y: Dispositivo f o r m a d o por un c o n j u n t o de e l e m e n t o s que deben

estar en e s t a d o c o n d u c t o r para que el r e s u l t a d o sea c o n d u c t o r . - Función

O. Dispositivo f o r m a d o por un c o n j u n t o de e l e m e n t o s en los q u e

basta con que uno de ellos esté en estado c o n d u c t o r para que el r e s u l t a d o sea c o n d u c t o r . Figura 2. - Función

INVERSOR.

Dispositivo f o r m a d o por un solo e l e m e n t o que t o m a el

Relé KAI alimentado

estado c o n d u c t o r si el ó r g a n o de a c c i o n a m i e n t o está en estado no c o n d u c -

por contactos en serie.

tor, y a la inversa. A u n q u e estas f u n c i o n e s lógicas t i e n e n un n o m b r e que parece m u y abs-

L1 +

t r a c t o , v a m o s a m o s t r a r t e m e d i a n t e unos sencillos e j e m p l o s qué entend e m o s por estas f u n c i o n e s lógicas, u t i l i z a n d o los c o n o c i m i e n t o s que ya t i e n e s sobre el f u n c i o n a m i e n t o de un relé que se activa m e d i a n t e un

si[—-

13 14

c o n j u n t o de pulsadores. En la c o n f e c c i ó n de los p r o g r a m a s para los a u t ó m a t a s p r o g r a m a b l e s (conocidos con la a b r e v i a c i ó n de PLC), estas f u n c i o n e s t i e n e n gran aplicación. Debido a que la d e n o m i n a c i ó n en

S2[— A

13 14

inglés es habitual, h e m o s decidido colocarla al lado para las f u n c i o n e s fundamentales.

S3[— A

13 14

Se llama función

/ (en inglés, AND) al c o n j u n t o de un a c c i o n a m i e n t o

f o r m a d o por los c o n t a c t o s en serie. A1 El relé KA1 está a l i m e n t a d o por c o n t a c t o s en serie, c u a n d o es necesario que estén c e r r a d o s a la vez t o d o s los c o n t a c t o s de los pulsadores SI, S2 y S3 para a c t i v a r el relé o pasarlo al estado uno (Fig. 2).

KA1 A2

L1-

1

i9

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Se d e n o m i n a función

O (en inglés, OR) al c o n j u n t o de un

a c c i o n a m i e n t o f o r m a d o por los c o n t a c t o s en paralelo. Por o t r a p a r t e , el relé K A 2 está a l i m e n t a d o p o r c o n t a c tos en paralelo, y en este caso s o l a m e n t e es n e c e s a r i o q u e esté c e r r a d o u n o de los c o n t a c t o s de los p u l s a d o res S4, S5 y S6 para a c t i v a r el relé o p a s a r l o al e s t a d o u n o (Fig. 3). Recuerda q u e si el c o n t a c t o e l é c t r i c o de un relé c o n t a dor, p u l s a d o r o c u a l q u i e r e l e m e n t o de a c c i o n a m i e n t o m e c á n i c o está c e r r a d o y se establece el paso de la c o r r i e n t e e l é c t r i c a , la i m p e d a n c i a es nula, y d e c i m o s q u e el c o n t a c t o está en 1. Por el c o n t r a r i o , si el c o n t a c to está a b i e r t o , la i m p e d a n c i a es i n f i n i t a y d e c i m o s q u e el c o n t a c t o está en 0. I g u a l m e n t e , si el r e s u l t a d o de la c o m b i n a c i ó n de los c o n t a c t o s está a c t i v a d o o con t e n Figura 3.

sión, d e c i m o s q u e está en 1. Si, c o n t r a r i a m e n t e , el resul-

Relé KA2 alimentado

t a d o de la c o m b i n a c i ó n de los c o n t a c t o s está sin t e n -

por contactos en paralelo.

sión, d e s a c t i v a d o o en reposo, está en 0. Por o t r a parte, a d e m á s de las f u n c i o n e s Y y la f u n c i ó n O, existe la función

INVERSOR

(en inglés NOT), q u e la

d e f i n i m o s c o m o un d i s p o s i t i v o que t o m a el estado cond u c t o r si el ó r g a n o de m a n d o está en estado no c o n d u c t o r y a la inversa. Observa la f i g u r a 4 , d o n d e se representa el d i s p o s i t i v o inversor.

Figura 4. Dispositivo de la función

A p a r t i r del m o m e n t o en que c o n s i d e r a m o s que existe

INVERSOR.

un d i s p o s i t i v o lógico o de c o n m u t a c i ó n , d i r e m o s que el estado en que se e n c u e n t r a este d i s p o s i t i v o es un result a d o de los diversos ó r g a n o s a él c o n e c t a d o s , que puede

L1 +

ser c o n d u c t o r o no c o n d u c t o r , o, lo que es lo m i s m o , puede estar en 1 o en 0. El d i s p o s i t i v o lógico o de c o n m u t a c i ó n s i e m p r e está f o r S7[—A

13 14

11 L KA3

| 14 12

m a d o por una c o m b i n a c i ó n de uno de los típicos Y, O o NOT, los cuales, a su vez, están c o n t r o l a d o s por ó r g a n o s simples o bien son el r e s u l t a d o de o t r o s

dispositivos

lógicos. A c o n t i n u a c i ó n c o m e n t a r e m o s varias posibilidades del f u n c i o n a m i e n t o s i m p l e de estos dispositivos.

Los dispositivos Y A1 KA3[~~1-

|A2

L1-

110

C u a n d o t e n e m o s un c i r c u i t o c o m o el de la f i g u r a 2, p o d e m o s c o n s i d e r a r diversas posibilidades:

E S Q U E M A S DE M A N D O Y C O N T R O L

- Si d e j a m o s fijos y c e r r a d o s los c o n t a c t o s c o r r e s p o n d i e n t e s a S1 y S2 y solam e n t e se c o n t r o l a S3, KA1 t o m a r á el valor de S3. - Si d e j a m o s fijo y c e r r a d o el c o n t a c t o S1 y u n i m o s el a c c i o n a m i e n t o de S2 y S3 c o m o una sola pieza, KA1 t o m a r á el estado del c o n j u n t o S2 y S3. - Si d e j a m o s fijo y a b i e r t o el c o n t a c t o S1 y s e g u i m o s con el a c c i o n a m i e n t o u n i d o de S2 y S3 c o m o una sola pieza, KA1 no t o m a r á nunca el e s t a d o de S2 y S3. En la t a b l a 1 te m o s t r a m o s las d i s t i n t a s posibilidades.

Combinaciones

A

B

C

r

1

1

1

1

1

2

0

1

1

0

3

1

0

1

0

4

0

0

1

0

5

1

1

0

0

6

0

1

0

0

7

1

0

0

0

8

0

0

0

0

Tabla l Combinaciones de los dispositivos

Y.

Los dispositivos O En este caso v o l v e m o s a la r e p r e s e n t a c i ó n e s q u e m á t i c a de la f i g u r a 2. Observa que

Figura 5.

las consecuencias son las siguientes:

Relé KA2 alimentado por contactos en paralelo.

- El relé KA2 c o n t r o l a d o por un e l e m e n t o v a r i a b l e S4 y uno que d e j a m o s fijo (en este caso el S6 c o m o c o n t a c to c e r r a d o o en 1) estará s i e m p r e en 1. - El relé KA2 c o n t r o l a d o por un e l e m e n t o v a r i a b l e S4 y

ss[---\

uno q u e d e j a m o s fijo (el S6 c o m o c o n t a c t o a b i e r t o o en 0 ) estará en 1 c u a n d o S4 esté en 1.

11 KA3*

11 ~KA4~

- SI u n i m o s en un solo a c c i o n a m i e n t o dos c o n t a c t o s c o m o el S4 y S5, el relé KA2 t o m a el m i s m o estado que el c o n j u n t o de los o t r o s dos (S4 y S5, e s t a n d o el S6 s i e m p r e en 0). ai

Los dispositivos INVERSOR (NOT) Estudia las v a r i a n t e s posibles de la f i g u r a 5 que te m o s t r a -

€p-

JA2

Dispositivo "0" siempre conductor

Dispositivo "Y" siempre no conductor

mos a c o n t i n u a c i ó n :

111

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

Un dispositivo 0 que se controla por un órgano y su inversor siempre es conductor. El dispositivo Y que se controla por un órgano y su inversor siempre es no conductor.

Dispositivos de conjunto En general, cualquier dispositivo que esté controlado por otros que son el resultado de dispositivos lógicos, siempre se podrá descomponer hasta encontrar solamente dispositivos simples.

Conversión de funciones Y en O a) Cualquier función Y (resultado de varios términos) es idéntica a la inversa de una función 0 formada por los inversos de estos términos (Fig. ó). b) Una función 0 de varios términos es idéntica a la inversa de una función Y formada por los inversos de estos términos (Fig. 7).

L1 +

L1 +

r

i

Sl[----\

1 3

21

r

S2[--

S1[—A

14

IT

S2[— 14

= KA1 22

KA2\

21 11 L

KA1 \

114

KA2\

13

KA2 T

- KA2

"KArl

|A1 KA1 • |A2

KA2|_ •

A l A1

| A2 |A2

Al

KA30 |A2

•

Al

|A2

Al

Al

KA2Q

|A2

|AS

Figura 7

Figura 6

En la figura 6, el pulsador S1 activa el relé KA1 (columna 1) y el pulsador S2 activa el relé KA2 (columna 2). El resultado de los contactos normalmente abiertos de KA1 y KA2 será que estará en 1 (columnas 3 y 4), es decir, será conductor cuando simultáneamente estén activados S1 y S2. Además, cuando pulsamos S1, se abre el contacto de KA1 en la columna 5, y cuando pulsamos S2, también se abre el contacto de KA2 en la misma columna. Suponiendo que haya tensión en el circuito de alimentación (entre L1 y L2), el relé KA3 está activado en la columna 5 (sin pulsar S1 ni S2). El circuito resultante (contacto normalmente cerrado de KA3 en la columna 6) está abierto.

112

E S Q U E M A S DE M A N D O Y

CONTROL

Para t e n e r un 1 en este c i r c u i t o de la c o l u m n a 6 hay que pulsar por lo menos uno de los pulsadores S1 o S2, de m o d o que se abra la a l i m e n t a c i ó n de KA3, el cual se desactiva, con lo que el c o n t a c t o c e r r a d o de la c o l u m n a 6 v u e l v e al reposo y, en consecuencia, este c i r c u i t o se pone a 1. La m i s m a c o n s e c u e n c i a está en el r e s u l t a d o del c o n j u n t o de las c o l u m n a s 3 y 4.

I]

HH.

Elementos principales d e los e s q u e m a s d e m a n d o

Después de h a b e r c o m e n t a d o b r e v e m e n t e los principios básicos de los c i r c u i t o s de c o n m u t a c i ó n , pasamos a describir los e l e m e n t o s principales que se d e b e n t e n e r en c u e n t a para la c o m p r e n s i ó n y c o n f e c c i ó n de los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l .

El circuito de alimentación El c i r c u i t o de m a n d o para el a c c i o n a m i e n t o de los c o n t a c t o r e s y relés necesita una a l i m e n t a c i ó n , que en la m a y o r í a de los casos se realiza de f o r m a separada del resto del a r m a r i o eléctrico, d i s t i n g u i e n d o la a l i m e n t a c i ó n de p o t e n c i a y la de c o n t r o l . La a l i m e n t a c i ó n puede ser: c o r r i e n t e a l t e r n a y c o r r i e n t e c o n t i n u a .

Corriente alterna La a l i m e n t a c i ó n del c i r c u i t o de m a n d o en c o r r i e n t e a l t e r n a , a su vez, puede ser

Figura 8.

e n t r e fase y n e u t r o (fig. 8 a ) , o bien a t r a v é s de un t r a n s f o r m a d o r separador de cir-

Alimentación

cuitos ( f i g u r a s 8 b y 7c), con lo que en el c i r c u i t o del s e c u n d a r i o h a b r á una t e n s i ó n

mando en corriente

L1 -N

-L1

0-

alterna.

-L1 -L3

-L3 113 5

del circuito de

|13

5

14

113 Í14

2 4

-L01 -N a)

ri

-L01 -L02

b)

-L01

L02

-L01

o)

d)

113

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

e n t r e fases. En a l g u n o s casos, t a m b i é n puede haber un c i r c u i t o d e d i c a d o a este fin, y con una f u e n t e de o r i g e n e x t e r i o r al a r m a r i o . La a l i m e n t a c i ó n de los c i r c u i t o s de m a n d o en c o r r i e n t e a l t e r n a a t r a v é s del t r a n s f o r m a d o r s e p a r a d o r se realiza para c o n s e g u i r que las t e n s i o n e s de a c c i o n a m i e n t o de la a p a r a m e n t a no sean peligrosas para el c u e r p o h u m a n o (de 2 4 o 4 8 V). Por o t r a parte, t a m b i é n se r e c o m i e n d a , por razones de s e g u r i d a d , utilizar t r a n s f o r m a d o r e s separadores c u a n d o haya más de seis bobinas de c o n t a c t o r e s y relés.

Corriente continua La a l i m e n t a c i ó n del c i r c u i t o de m a n d o t a m b i é n puede ser en c o r r i e n t e c o n t i n u a , y, del m i s m o m o d o que en el caso anterior, se puede instalar el r e c t i f i c a d o r en el m i s m o a r m a r i o o bien se d i s p o n e de a l i m e n t a c i ó n e x t e r i o r desde o t r o a r m a r i o . En a m b o s casos es f r e c u e n t e d i s p o n e r de una batería auxiliar q u e a s e g u r a r á el sumin i s t r o a la instalación de m a n d o y c o n t r o l en caso de una falta de energía eléctrica. Este sistema es m u y u t i l i z a d o en las instalaciones de p r o t e c c i o n e s para q u e los relés p u e d a n f u n c i o n a r en el m o m e n t o de la falta, y para que pueda q u e d a r señalizada la causa del d e f e c t o . No se ha r e p r e s e n t a d o un e s q u e m a de este t i p o que c o n t e m p l a ra la i n c o r p o r a c i ó n de la batería. En la f i g u r a 9 a se m u e s t r a n las posibilidades de a l i m e n t a c i ó n en c o r r i e n t e c o n t i n u a ,

Figura 9. Alimentación

del circuito de

mando en corriente

continua.

pero no se considera la o p c i ó n de a l i m e n t a r el c i r c u i t o de m a n d o con un r e c t i f i c a d o r sin la c o n e x i ó n del t r a n s f o r m a d o r separador. Es f r e c u e n t e utilizar una f u e n t e de

1=1

1 1

ioa-1^—^

3

L2+ L 2 «a S-c

114

p»

1

ioAJ2r-J^ 3

L3+ L3-