02. automatismos eléctricos

Control Automático

Ing. Roberto Rocha MSc.

UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE

FACULTAD EN CIENCIAS APLICADAS

CARRERA DE INGENIERIA TEXTIL

AUTOMATISMOS.

Control Automático

¿QUÉ ES UN AUTOMATISMO?

En electricidad se denomina automatismo al circuito que es capaz de realizar secuencias lógicas sin la

intervención del hombre.

• Se utilizan tanto en el sector industrial como en el doméstico, para operaciones tan dispares como

arranque y control de maquinaria, gestión de energía, subida y bajada de persianas, riego automático,

etc.

• Dependiendo de la tecnología utilizada, los automatismos pueden ser cableados o programados. En la

primera, el funcionamiento lo define la conexión lógica, mediante cables, entre los diferentes elementos

del sistema. En la segunda, es un programa el que procesa en la memoria de un dispositivo electrónico,

la información que transmiten los diversos elementos que se le conectan.

INTRODUCCIÓN.

AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS RELÉS Y CONTACTORES.

Control Automático

Es sabida la importancia de la automatización eléctrica y la

necesidad, cada vez mas patente de controlar ciertas

maquinas y procesos a distancia. Es lo que tratan de

resolver los circuitos de automatismos eléctricos.

Los circuitos de automatismos requieren de ciertos aparatos

que aprovechando sus propiedades físicas, sirvan para estas

funciones especificas. Entre ellos están: los contactores,

relés, temporizadores, y elementos de señalización. En este

tema, se explicaran sus tipos, funciones, como y donde

utilizarlos, etc.

Dada la importancia de los contactores, pues son uno de los

elementos de mando mas utilizados, se expondrán en este

tema a modo de ejemplo una serie de circuitos que se

pueden realizar con ellos, como interpretarlos y cuales son los

elementos utilizados en los mismos; siempre desde una

perspectiva general ya que se pueden encontrar múltiples

aplicaciones de estos elementos para solucionar muchos de

los problemas de maniobra y mando de motores.

Fig. Automatismos eléctricos.

INTRODUCCIÓN.


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Básicamente los circuitos de automatismos

eléctricos están compuestos por todos los aparatos

y los conductores, con el objeto de mandar y

proteger bajo unas condiciones prefijadas los

receptores como por ejemplo: motores, generadores,

transformadores, instalaciones de alumbrado, etc.

Representando dicho circuito en un esquema

eléctrico mediante símbolos gráficos normalizados.

Fig. Motor, generador y un transformador.

PARTES CONSTITUTIVAS DE LOS CIRCUITOS DE AUTOMATIZACIÓN

ELÉCTRICOS.


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ESQUEMAS ELÉCTRICOS.

El esquema eléctrico se divide en:


ELÉCTRICOS.

• Esquema de mando o control: es la parte de control del automatismo en el que

se representan los elementos de mando, regulación, medida, señalización, etc.

• Esquema de potencia: es la parte encargada de suministrar la energía eléctrica a

los receptores eléctricos.


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La representación de los esquemas pude ser del tipo multifilar

topográfico (esquema A) que en la actualidad prácticamente no se usa

porque presenta los siguientes inconvenientes:

• Incomodidad de interpretación

• Precisan abundante trabajo de delineación.

• Se presta a que con facilidad se cometan errores.

Elementos eléctricos del esquema.

Q = Seccionador con fusibles incorporados.

KM1 = Contactor tripolar que dispone de un contacto auxiliar (NC).

M = Motor trifásico asincrónico.

S1 = Pulsador de paro.

S2 = Pulsador de marcha.

Fig. Esquema multifilar topográfico.


ELÉCTRICOS.


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FUNCIONAMIENTO.

El motor se podrá pone en funcionamiento si previamente se conecta Q

(seccionador de fusibles) a la red.

Al accionar S2 se exista la bobina de KM1 cambiando de posición

todos sus contactos, al cerrarse los contactos de potencia el motor

empieza su funcionamiento y continuara así aunque dejemos de

accionar S2 ya que se autoalimenta mediante el contacto auxiliar del

contactor.

El motor se parar al accionar S1.

Fig. Esquema multifilar topográfico.


ELÉCTRICOS.


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Actualmente los esquemas de automatismos eléctricos

se suelen representar por separado: por una parte el

esquema de potencia y por otra el de mando (esquema

B), lo que lleva consigo las siguientes ventajas:

• Es fácilmente interpretable.

• Es mas fácil su montaje y por tanto se presta menos

a errores.

• El trabajo de delineación es menor que en el sistema

de representación anterior.

Se observa en el esquema B que tiene ventajas sobre el

esquema A, las cuales son:

• Se interpreta con mas facilidad.

• Es mas fácil su montaje y por tanto se presta a

menos errores.

• El trabajo de delineación es menor.

Fig. Esquema de potencia y de mando separados.


ELÉCTRICOS.


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El contactor se puede definir como un aparato que, mediante

unos mecanismos, puede abrir o cerrar un circuito eléctrico

a determinada distancia. En el podemos distinguir dos estado:

• Trabajo: estado en el que actúan unas fuerzas que

provocan sus funcionamiento (cerrar).

• Reposo: es el estado en el que las fuerzas dejan de actuar

(abrir).

Una de las principales aplicaciones del contactor se realiza

en el control de los circuitos de alimentación de todo tipo

de motores eléctricos, pero también se utiliza para alimentar

otro tipo de receptores, como sistemas de resistencias,

líneas de luminarias, etc. Fig. Contactor.

CONTACTORES.


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CLASIFICACIÓN DE LOS CONTACTORES.

Se pueden establecer diversas clasificaciones de los

contactores , como:

1. Por el tipo de accionamiento.

2. Por la disposición de los contactos.

3. Por los limites de tensión.

4. Por la clase de corriente.

Fig. Contactor.

CONTACTORES.


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1. POR EL TIPO DE ACCIONAMIENTO.

• Contactores neumáticos: su principio de funcionamiento esta basado en la presión que ejerce un gas.

• Contactores mecánicos y electromecánicos: en estos contactores su activación se origina por medio de

procesos mecánicos, en ellos la orden para que los medios mecánicos realicen una función determinada se da

a distancia por medios eléctricos o electromagnéticos como son los electroimanes.

• Contactores hidráulicos: se accionan por la presión de un liquido. Disponen de accionamientos por

electroválvulas, por lo que se podrían denominar contactores electrohidráulicos.

• Contactores electromagnéticos: son aquellos e los que su accionamiento se realiza a través de un

electroimán. Son actualmente los mas usados.

CONTACTORES.


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2. POR LA DISPOSICIÓN DE LOS CONTACTOS.

• Contactores al aire libre: en ellos la ruptura se produce en el seno del aire.

• Contactores al aceite: en este caso la ruptura e realiza dentro de aceite. Los de baja tensión y potencia están

en desuso pero aun podemos encontrar algunos ruptores de media tensión que realizan la ruptura en medios

aceitosos.

• Contactores en ambiente gaseoso: la ruptura en estos contactores se produce en ambientes gaseosos. Se

aconseja su empleo para elevadas tensiones.

CONTACTORES.


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3. POR LOS LIMITES DE TENSIÓN.

Los limites de tensión son los limites que pueden aguantar sus contactos. Los hay de dos tipos:

• Contactores de alta tensión: son los que sus contactos son capaces de soportar tensiones superiores a los

1000V.

• Contactores de baja tensión: en este caso sus contactos son capaces de soportar como máximo hasta

tensiones de 1000V.

CONTACTORES.


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4. POR LA CLASE DE CORRIENTE.

Solo tienen cabida en esta clasificación los contactores del tipo electromagnético, y son los siguientes:

• Contactores de corriente alterna: la bobina del circuito es alimentada con corriente alterna.

• Contactores de corriente continua: la bobina de su circuito magnético se alimenta con corriente continua.

CONTACTORES.


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PARTES DE UN CONTACTOR.

1. BOBINA:

• Es el órgano del contactor que puede ser controlado a

distancia cuando se aplica tensión a sus bornes.

• Está formada por hilo esmaltado de pequeño diámetro y

muchas espiras bobinadas sobre un carrete aislante.

• Sus bornes están etiquetados como A1 y A2.

• Se fabrican bobinas para diferentes tensiones de trabajo

(12v, 24v, 48v, 230v, etc.) tanto para corriente alterna

como corriente continua.

CONTACTORES.

Fig. Partes de un contactor.

Fig. Bobina de un contactor.


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2. CIRCUITO MAGNÉTICO:

• Consta de 2 partes, la culata y el martillo. La culata es la parte fija y en

ella se aloja la bobina del contactor. El martillo es la parte móvil.

• Ambas partes se mantienen separadas en reposo debido a un dispositivo

de resorte que tira de la parte móvil.

• Cuando la bobina se alimenta con la tensión adecuada, la culata se imanta

atrayendo al martillo hacia ella.

Electroimán: esta constituido por un circuito magnético que a su vez se

compone de una bobina y un núcleo magnético. Cuando se aplica una tensión

a la bobina, esta crea un campo magnético que transcurre a través del núcleo,

realizando así un circuito magnético cerrado que es capaz de atraer materiales

ferromagnéticos.

CONTACTORES.

Fig. Circuito magnético.


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3. CONTACTOS ELÉCTRICOS:

• Están unidos mecánicamente a la parte móvil del circuito

magnético. De esta forma, cuando el martillo se desplaza, también lo

hacen los contactos, abriendo los que están cerrados y cerrando los

que están abiertos.

• Existen 2 tipos de contactos: de fuerza y de mando (contactos

auxiliares).

• Los de fuerza está preparados para un mayor poder de corte y se

encargan de controlar las cargas de potencia. Los de mando se utilizan

para tareas auxiliares o de control.

• Desde el exterior del contactor, unos contactos se identifican de otros,

ya que los bornes de los de fuerza están etiquetados con números de

unas sola cifra (1-2, 3-4, 5-6) y son normalmente abiertos. Los de

mando tienen números 2 cifras (13-14, 21-22) y pueden ser abiertos o

cerrados.

CONTACTORES.

Fig. Contactos de fuerza y de mando

(auxiliares).


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SIMBOLOGÍA Y REFERENCIADO.

Los bornes de conexión de los contactores se referencian mediante códigos de cifras y letras, o simplemente con

cifras, lo que ayuda a identificarlos, facilitando en gran medida, el cableado posterior de los esquemas.

CONTACTORES.

Fig. Referenciado de bobina y de los contactos

principales de un contactor.

Contactos de fuerza o principales:

Se referencian con un solo número, del 1 al 6 según la figura:

1,3,5 para los bornes de entrada.

2,4,6 para los bornes de salida.

Bobinas:

Este elemento del contactor se referencia con letras A1 y A2.

Contactor en general:

Se designa en un esquema con las siglas KM, seguidas de u numero,

que sirva para diferenciar la existencia de diferentes contactores:


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SIMBOLOGÍA Y REFERENCIADO.

CONTACTORES.

Fig. Referenciado de contactos auxiliares de dos contactores.

Contactos auxiliares.

Tienen una combinación en una cifra de dos números, en los cuales, el primer número del referenciado de los

contactos auxiliares nos muestra el número del contacto, pues puede haber en un contactor mas de un contacto

auxiliar. El segundo número nos indica el tipo de contacto de la forma que se indica en la figura:

• 1 y 2, contacto normalmente cerrado (NC).

• 3 y 4, contacto normalmente abierto (NA).

La figura muestra los contactos

auxiliares de un contactor, el

representado en la izquierda esta

dotado de un contacto abierto y

dos cerrado y el de la derecha de

dos abiertos y dos cerrados.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR ELECTROMAGNÉTICO.

CONTACTORES.

Fig. Constitución de un contactor.

Un contactor lo podemos definir como un interruptor gobernado a distancia por la acción de algún medio exterior

(generalmente pulsadores) como se ha dicho anteriormente.

Consta de un circuito magnético compuesto de una parte fija (núcleo) y otra móvil (armadura); en la fija se

encuentra generalmente la bobina que, cuando se le suministra tensión, atrae a la móvil siempre y cuando la

fuerza magneto-motriz que se crea sea superior a la fuerza de repulsión del muelle (resorte) antagonista que lleva

incorporado.

La parte móvil lleva solidarios unos contactos

cuyos polos son los encargados de abrir o cerrar

circuitos. Cuando esta fuerza de atracción cesa,

el resorte se encarga de llevar la parte móvil del

contactor a posición de reposo, quedando este

listo para otra maniobra.


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ELECCIÓN DE UN CONTACTOR ELECTROMAGNÉTICO.

CONTACTORES.

Fig. Diferentes modelos de contactores electromagnéticos.

Podemos establecer muchos criterios a la hora de elegir un contactor electromagnético, pero normalmente su

elección se hará en función de la naturaleza de la tensión de red, de las características de la carga y de las

exigencias del servicio deseado. Aunque existen otros criterios es este el que vamos a exponer. A este lo

llamaremos criterio de utilización. A continuación se explican los pasos para elegir un contactor.


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CONTACTORES.

Tabla. Categoría de servicio de los contactores en función de las aplicaciones.

1. Se determina la intensidad nominal (In).

2. Se deduce la categoría de servicio en función de la naturaleza y uso del receptor mediante la tabla adjunta.

CATEGORÍA

DE SERVICIOCARGA APLICACIONES

AC1 Cargas puramente resistivasHornos de resistencias,

calefacciones …

AC2Motores asincrónicos de anillos con inversión

de marchaCentrifugadoras, hormigoneras …

AC3 Motores asincrónicos de jaula de ardilla Ventiladores, compresores …

AC4Motores asincrónicos con inversión en

marcha y marcha a intermitenciasMaquinas elevadoras …


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CONTACTORES.

Tabla. Cálculo de intensidad cortada.

3. Una vez determinada la categoría de servicio y elegido el contactor (utilizando la tabla anterior) se determina

la Intensidad cortada (Ic) mediante la siguiente tabla.

CATEGORÍA

DE SERVICIO

Ic/In

(A)Cos. φ

AC1 1 0,95

AC2 2,5 0,65

AC3 6 0,35

AC4 6 0,35


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CONTACTORES.

Tabla. Calibres de contactores.

4. Mediante tablas facilitadas por el propio fabricante del contactor se determina el calibre de los mismos

entrando en dichas tablas con valor de la intensidad cortada deducida en el paso anterior.

Siempre se ha de elegir un calibre de contactor que sea inmediato superior al valor de la intensidad cortada

como se indica en la siguiente tabla.

5. Finalmente se determina el contactor en función de la tensión nominal.

Calibre

AC3 9 12 18 25 32 40 50 65 80

AC2

AC430 40 45 75 80 110 140 160 200

AC1 18 25 32 40 50 60 80 80 125


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CONTACTORES.

Ejemplo:

Elegir el contactor mas adecuado para el arranque de un motor asincrónico de una máquina mezcladora de

material de las siguientes características: tensión de la red trifásica 400 V, potencia 12 KW, y factor de potencia

0,65.

Solución:

Empezaremos averiguando la intensidad de corriente nominal.

𝑰𝒏 =𝑷

𝟑 × 𝑽 × 𝐜𝐨𝐬φ

𝐼𝑛 =12000

3 × 400 × 0,65= 26,64 𝐴

La corriente cortada es:

𝑰𝑪

𝑰𝒏= 𝟐, 𝟓 𝐼𝑐 = 2,5 × 𝐼𝑛 𝐼𝑐 = 2,5 × 26,64 = 66,60 𝐴

Al ser el receptor inductivo con un factor

de potencia de 0,65 la categoría de

servicio que se elige es AC2 (Tabla.

Calculo de intensidad cortada).

La intensidad nominal del contactor será:

75 A, según la tabla de calibres de

contactores.


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CONTACTORES.

Ejemplo:

Elegir el contactor mas adecuado para un circuito de calefacción formado por resistencias, de las siguientes

características: tensión de la red trifásica 230 V, potencia 17 KW, y factor de potencia 0,97 inductivo.

Solución:

En primer lugar averiguaremos la corriente nominal de la forma:

𝑰𝒏 =𝑷

𝟑 × 𝑽 × 𝐜𝐨𝐬φ

𝐼𝑛 =17000

3 × 230 × 0,97= 43,99 𝐴

Al ser el receptor resistivo y su factor de potencia casi nulo la categoría de servicio es AC1 y su tensión 230V.

La corriente cortada es igual a la de servicio por lo que el calibre del contactor a elegir es 50 A, según la tabla de

calibres de contactores.


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CONTACTORES.

Ejemplo:

Diseñar el esquema de mando o control mediante pulsadores de paro y marcha para el mando de un contactor de

potencia que a su vez conecta a la red una instalación de alumbrado de 220V.

Solución:


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RELÉS DE MANDO.

También llamados contactores auxiliares. Los relés de mando en

realidad son contactores de baja potencia, no disponen de cámaras

apagachispas ni de bobinas de soplado y su principio de

funcionamiento es similar al de los contactores.

La simbología y su referenciado también es parecida a la de los

contactores, con la única diferencia de que a las bobinas de los relés

de mando se les denomina con las letras K o KA seguidas de un

numero de orden.

Las figuras clarifican lo explicado y se representan en ellas diversas

posibilidades de disposición de contactos.

Se utilizan donde se requieran controlar corrientes muy débiles:

• En el tratamiento de ordenes exteriores.

• En el mando de cargas de bajo consumo como: micromotores,

señalización acústica y luminosa, etc.Fig. Simbología y referenciado de un relé

auxiliar provisto de dos contactos abiertos

y dos contactos normalmente cerrados.

RELÉS.

Fig. Simbología y referenciado de un relé

auxiliar provisto de un contacto abierto y

dos contactos normalmente cerrados.


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RELÉS TEMPORIZADORES.

Son unos componentes que se utilizan en los circuitos de mando y

cuya misión es abrir o cerrar contactos transcurrido un tiempo

desde que son activados o desactivados.

Los temporizadores se pueden clasificar por su forma de tratar el

tiempo de temporización:

• Temporizados a la conexión.

• Temporizados a la desconexión.

• Temporizados a la conexión y desconexión.

• Temporizadores especiales.

Fig. Temporizador electrónico comercial.

RELÉS.


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Temporizado a la conexión (o al trabajo).

Son los que retardan el cierre o la apertura de un

contacto a partir de activarse el temporizador por una

señal de mando (tensión aplicada a su bobina). Cuando la

bobina no se encuentra alimentada por la tensión los

contactos vuelven a su posición de reposo.

Fig. Simbología y referenciado de un temporizador al

trabajo.

RELÉS.


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Temporizado a la conexión (o al trabajo).

Ejemplo:

Dibujar el circuito de mando de tal forma que una

instalación de alumbrado compuesta por tres lámparas

en paralelo se enciendan transcurrido un cierto tiempo

desde que se activa la bobina del temporizador.

Fig. Circuito temporizado a la conexión.

RELÉS.


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Temporizado a la desconexión (o al reposo).

Los contactos de estos temporizadores cambian la posición

de los contactos de forma instantánea al activar el

mando. Cuando se desactiva el mando es cuando empieza

el proceso de temporización, manteniendo los contactos

activados hasta que a transcurrido el tiempo programado

en que volverán de nuevo a su posición de reposo.

Fig. Simbología y referenciado de un temporizador al

reposo.

RELÉS.


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Temporizado a la desconexión (o al reposo).

Ejemplo:

Dibujar el circuito de mando de tal forma que una

instalación de alumbrado compuesta por tres lámparas en

paralelo se enciendan inmediatamente al accionar

cualquiera de dos pulsadores y que se apaguen

transcurrido un cierto tiempo desde que se desactiva la

bobina del temporizador.

Fig. Circuito temporizado a la desconexión.

RELÉS.


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Temporizados a la conexión y desconexión.

Son los que retardan el cierre o la apertura de sus contactos a

partir de un tiempo desde que se activa el temporizador,

manteniendo esa posición un tiempo después de la

desactivación del mismo.

Temporizadores especiales.

Estos módulos disponen entre otras funciones las de

temporizar a la conexión, a la desconexión y a la conexión

desconexión. Se utiliza en tareas de control. Dispone de un

indicador de texto en la pantalla, reloj programador y se puede

programar desde el mismo aparato a través de un PC.

Fig. Temporizadores especiales.

RELÉS.


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RELÉS TÉRMICO.

Se le define como un dispositivo de

protección que tienen la capacidad para

detectar las intensidades no admisibles,

sin actuar cuando esta sea admisible. Por

si solo no es capaz de eliminar la avería

sino que necesita de otro elemento que

realice la desconexión de los receptores

supuestamente causantes de la avería

(contactor).

Fig. Relé térmico.

RELÉS.


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RELÉS TÉRMICO.

El principio de funcionamiento de un

relé térmico se basa en la dilatación que

experimenta un bimetal al curvarse y

desplazar una reglilla normalmente de

baquelita y esta a su vez unos contactos

abiertos y cerrados para cambiarlos de

su estado de reposo (el contacto cerrado

se encargara de cortar el circuito y el

contacto normalmente abierto cerrara otro

circuito que suele cerrar un lámpara de

señalización que indicara que el relé

térmico ha actuado debido a una

sobreintensidad no admisible).

Mediante un tornillo se puede regular la

posición de la reglilla de baquelita y por

tanto indirectamente la sobreintensidad

admisible.

Fig. Constitución de un relé térmico.

RELÉS.


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RELÉS TÉRMICO.

Simbología y referenciado:

Los contactos principales (bimetales) se referencian

con una solo cifra del 1 al 6, entradas impares, salidas

pares.

Los contactos auxiliares son numerados como:

normalmente abiertos (NA) con 97 y 98, los

normalmente cerrados (NC) con 95 y 96.

Fig. Simbología y referenciado

de los relés térmicos.

RELÉS.


Control Automático


Control Automático

Se vera específicamente a efectos de mantenimiento y de revisión las

posibles averías de un contactor.

Las actuaciones mas corrientes son las siguientes:

En el electroimán del contactor.

Si el circuito magnético hace ruido, comprobar:

• La tensión de la red alimentación. Un electroimán vibra cuando

esta alimentado por una tensión alterna inferior que aquella para

la que ha sido diseñado.

• Que no se ha introducido ningún cuerpo extraño entre las partes

fija y móvil del circuito magnético.

• La limpieza de la superficies rectificadas; nunca se deben pintar

rascar o limar.

• Si están sucias, limpiarlas con gasolina o tricloretileno.

LOCALIZACIÓN Y REPARACIÓN DE AVERÍAS.

Fig. Superficies rectificadas,

armadura y el núcleo.


Control Automático

En la bobina del contactor.

El deterioro de la bobina puede ser causado por:

• El cierre incompleto del circuito magnético tras un incidente mecánico o una

tensión del circuito de control inferior al 85% del valor nominal.

• Un circuito de control mal adaptado.

• Una tensión de alimentación superior al 110% del valor nominal.

En los polos del contactor.

Los polos de un contactor no requieren mantenimiento. Únicamente sustituirlos

cuando han superado la vida útil.

Contactos auxiliares del contactor.

No requieren ningún mantenimiento, excepto la duración de la temporización en

los contactos auxiliares temporizados si los posee.

Lo que nunca hay que hacer: Limar o engrasar los contactos; y, modificar una

pieza o sustituirla por una pieza de recambio inadecuada.

LOCALIZACIÓN Y REPARACIÓN DE AVERÍAS.

Fig. Bobina de un contactor.

Bibliografía. Moreno, Z. F., & Zubiaurre, L. J. (2014). Automatismos y cuadros eléctricos (2a. ed.). Barcelona, ES: Cano

Pina. Recuperado de: [http://www.ebrary.com].

Fundación laboral de la contrición de Aragón. (s.f.). ¿Qué es un automatismo?. Recuperado de:

[http://www.climaelec.net/content/cats/45/06Automatismos.pdf]

Control Automático

02. automatismos eléctricos

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