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Accionamientos electromecnicos empleados en sistemas productivos

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ndice

1.0 Resumen .............................................................................................................................. 2

2.0 Objetivos............................................................................................................................... 2

3.0 Descripcin del mtodo seguido ........................................................................................... 2

4.0 Instrumentacin .................................................................................................................... 3

5.0 Resultados ............................................................................................................................ 4

5.1 Requerimiento de accionamiento ...................................................................................... 4

5.2 Seleccin del accionamiento electromecnico .................................................................. 4

5.3 Circuito de potencia........................................................................................................... 4

5.4 Circuito de control ............................................................................................................. 5

5.5 Circuito combinado de potencia y de control ..................................................................... 6

6.0 Anlisis, comentarios personales y conclusiones. ................................................................. 7

7.0 Apndice............................................................................................................................... 9

7.1 Caractersticas tcnicas de los instrumentos .................................................................... 9

8.0 Referencias ........................................................................................................................ 11


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1.0 Resumen

La experiencia C230 titulada accionamientos electromecnicos empleados en sistemas

productivos, corresponde a un primer acercamiento del alumno a los sistemas elctricos bsicos

utilizados en la industria.

Especficamente, la experiencia consiste en montar una red elctrica (circuito de potencia y circuito

de control) que alimente un motor trifsico, cuya puesta en marcha o detencin pueda ser realizada

mediante pulsadores o botoneras de encendido y apagado.

Adems, el sistema debe contar con elementos de seguridad que permitan detener automticamente

el motor, en casos de emergencia. Estos elementos son los llamados disyuntores o fusibles.

2.0 Objetivos

2.1 Objetivo general

Familiarizar al alumno con la funcionalidad, seleccin e implementacin de los

accionamientos electromecnicos usados como actuadores en sistemas automatizados.

2.2 Objetivos especficos

Internalizar el principio de funcionamiento de los distintos tipos de motores elctricos con

sus correspondientes amplificadores de potencia.

Entregar al alumno la capacidad de definir las caractersticas tcnicas que debe cumplir

un accionamiento electromecnico para ser usado en una aplicacin especfica y

seleccionarlo segn la oferta del mercado.

Familiarizar al alumno con los actuadores electromecnicos usados en el laboratorio, en

particular su parametrizacin y su alambrado

3.0 Descripcin del mtodo seguido

En primer lugar el profesor realiza una introduccin terica, en la cual se reconocen los instrumentos

y equipos a utilizar y los principios de funcionamiento de ellos. Se revisan temas como corriente

continua y alterna, tipos de motores elctricos, circuito de potencia, circuito de control y

componentes.

Posteriormente, se procede con las conexiones elctricas. En este caso el circuito de potencia ya

estaba montado, por lo tanto solo se realizan las conexiones pertinentes al circuito de control.

Una vez terminadas las conexiones, se verifica que estn correctas y que los cables estn bien

sujetos a los bornes de cada dispositivo.


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Finalmente se utiliza el botn partir para hacer funcionar el motor. Se observa el comportamiento de

este durante su funcionamiento y finalmente se detiene con el botn parar.

4.0 Instrumentacin

Motor elctrico trifsico

Marca: ABB Motors Tipo: Trifsico Asincrnico

Voltaje: 380-420 Y - 220-240 D 440-480 Y - 250-280 D

Giro: 1400 min-1 1690 min-1

Frecuencia: 50 60 Hz Potencia: 0.5 - 0.65 kW

Amperaje: 1.8 - 3.1 A 1.7 - 2.95 A

Cos: 0.68 0.74

Figura 1. Motor trifsico

Contactor

Marca Metaltex

Modelo TC16

Figura 2. Contactor

Disyuntor magntico

Marca Legrand

Tipo Trifsico

Figura 3. Disyuntor magntico


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Disyuntor trmico

Marca Mitsubishi

Modelo TH-N20KP

Amperaje 4 5 6 A

Figura 4. Disyuntor trmico

Botoneras

Partir: Color verde Normalmente abierta

Parar : Color rojo Normalmente cerrada

Figura 5. Botoneras

Otros : Cables, destornillador

5.0 Resultados

5.1 Requerimiento de accionamiento

Como se mencion anteriormente, se debe crear una red elctrica que permita llevar corriente a un

motor elctrico trifsico, para que este pueda funcionar. Para esto, se debe montar un circuito de

potencia, que incluye: un disyuntor magntico, un contactor y un disyuntor trmico.

Por otra parte, se debe montar el circuito de control, que incluye los pulsadores ON/OFF para activar

o detener el funcionamiento del motor. La caracterstica principal de este, es que permita la llegada

de corriente al motor cuando se pulsa el botn de encendido y que este siga funcionando si se suelta

el pulsador y solo pueda detenerse al presionar el botn de apagado.

5.2 Seleccin del accionamiento electromecnico

De acuerdo a la exigencia descrita anteriormente para el funcionamiento del motor, se utiliza un

pulsador de enclavamiento.

La caracterstica principal de este tipo de accionamiento, es que una vez activado, el operario puede

dejar de presionarlo y el paso de corriente al motor no ser interrumpido hasta que se haga uso del

botn de apagado.

5.3 Circuito de potencia

El circuito de potencia corresponde a la red de alimentacin principal del motor, es decir, el que lleva

la corriente necesaria para su funcionamiento y est formado por un disyuntor magntico (FM), un


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contactor (KM) y un disyuntor trmico (FT). Como el motor es trifsico, la red utilizada tambin tiene

tres fases (R, S, T) y un neutro (N). La conexin de los dispositivos se muestra en la figura 7.

El contactor es el elemento que en definitiva permite que la corriente llegue al motor. Este,

corresponde a un grupo de contactos que en su mayora son normalmente abiertos (ver figura 6) lo

que significa que debe ser activado para que los contactos se cierren y la corriente pueda seguir

circulando. Lo anterior es posible gracias al circuito de control. Los disyuntores, son elementos de

seguridad y actan en casos de alzas de corriente o corto circuitos, interrumpiendo el paso de

corriente al motor.

Figura 6. Esquema del contactor.

5.4 Circuito de control

El circuito de control es el que permite, a travs de los pulsadores, activar o detener el

funcionamiento del motor. Acta, directamente sobre el contactor del circuito de potencia,

energizando el bobinado de este, para que los contactos que son normalmente abiertos se cierren

y la corriente pueda llegar al motor.

Est formado por un pulsador de apagado normalmente cerrado (NC o normally close), un pulsador

de encendido normalmente abierto (NO o normally open), una conexin al disyuntor trmico (en las

entradas 95 y 96) y dos conexiones al contactor: una a la bobina (entradas A1 y A2) y una al

enclavamiento (entradas 13 y 14) en paralela a la conexin del botn partir.

A diferencia del circuito de potencia que es alimentado por una red trifsica, este va conectado a

una red monofsica. La disposicin de los elementos se ve en la figura 8.


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Figura 7. Esquema circuito potencia.

Figura 8. Esquema circuito de control o mando.

5.5 Circuito combinado de potencia y de control

Ambos circuitos deben funcionar conjuntamente para cumplir con las exigencias requeridas para el

funcionamiento del motor. La figura 9 muestra el sistema fsico montado en laboratorio y el diagrama

de conexin en forma simplificada

Figura 9. Esquema del circuito combinado y montaje realizado en laboratorio.


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6.0 Anlisis, comentarios personales y conclusiones.

Los dos circuitos vistos en la experiencia son bsicos y simples cada uno por separado, sin embargo

es importante entender el principio de funcionamiento en conjunto.

Bsicamente hay dos fuentes de alimentacin: una red trifsica en el circuito de potencia y una red

monofsica en el circuito de control. La red trifsica por un lado enva corriente directamente al

motor, mientras que la red monofsica enva corriente a la bobina del contactor. Ahora, la corriente

de la red trifsica queda estancada en el contactor ya que este es normalmente abierto, y es aqu

donde la corriente del circuito de control cobra importancia, ya que al energizar el bobinado en el

contactor, los contactos normalmente abiertos se cierran y finalmente pueda llegar la corriente de la

red trifsica, al motor. Por lo tanto, ambos circuitos deben actuar en conjunto para que el motor

pueda funcionar de acuerdo a las exigencias requeridas.

En cuanto a los disyuntores en el circuito de potencia, tambin llamados fusibles, no son de menor

importancia. Si bien es cierto que se puede prescindir de ellos al enviar corriente al motor, no deben

dejarse de lado por temas de seguridad. Por una parte el fusible magntico se activa cuando hay

cortocircuito o existen elementos quemados en la red instalada, mientras que el fusible trmico se

activa en caso de sobrecargas.

Entonces se debe poner nfasis en la seleccin correcta de los disyuntores, para que el sistema

funcione perfectamente y pueda reaccionar en casos crticos.

Por ejemplo el fusible magntico se selecciona de acuerdo al amperaje del motor; si el motor es de

10 amperes, lo ideal es utilizar un FM de amperaje 10 o un poco mejor. En el caso de elegir uno de

amperaje mayor, el circuito se abrir cuando se haya sobrepasado la corriente admitida por el motor

y este se daara. Lo mismo ocurre para el FT.

Tambin es importante poner nfasis en el funcionamiento del circuito de control y cmo influye el

hecho de que los contactos en sus componentes sean normalmente abiertos o cerrados. En este

caso se instal primero el botn parar que es normalmente cerrado, es decir, una vez dada la

corriente esta pasara por este pulsador sin ningn problema, pero luego est el botn partir que es

normalmente abierto, por lo tanto el paso de corriente se ve interrumpido hacia la bobina del

contactor. Al mismo tiempo la corriente llega a las entradas 13 y 14 del contactor manteniendo la

condicin de sus contactos abiertos. Al presionar el botn partir, la corriente pasa hacia el bobinado

del contactor en las entradas A1 y A2, para que se cierre el circuito de potencia y el motor pueda

funcionar.

El circuito de control tambin tiene una conexin al fusible trmico (Figura 8), por lo tanto en el caso

de que este se active, no llegara corriente al bobinado del contactor, abriendo el circuito de potencia

logrando de esta forma detener el motor.

Una vez que se hizo funcionar el motor, se observ que este da un pequeo salto al instante en que

comienza a girar, lo que se debe a un peak de corriente superior a la corriente nominal que guarda

relacin con el rompimiento de la inercia del motor que est en reposo.


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Adems se observ que el giro del rotor era en sentido anti horario; esto no fue tomado en cuenta

al momento se realizar la instalacin. En el caso de que se tenga la necesidad de que el rotor girase

en el sentido contrario, se puede cambiar el sentido de giro manualmente intercambiando dos fases

de alimentacin ya sea en las lneas que salen del contactor o las que entran al FT, o directamente

en los bornes del motor, tal como indica la figura 10. De esta manera, lo que se logra es cambiar el

sentido del campo magntico generado en el bobinado del motor.

Figura 10. Inversin del giro del motor.

Ahora, el mtodo anterior es manual, por lo tanto se debe tomar las precauciones necesarias para

no daar el sistema ni sufrir algn accidente por electrocucin. Por lo tanto, se debe verificar en

primer lugar, que el sistema est totalmente desconectado de la fuente.

Una alternativa para el mtodo de inversin de giro del motor, es la forma semiautomtica que se

utiliza generalmente en la prctica, en la cual se necesita de un par de contactores en vez de un

solo contactor. Claramente, la combinacin de conexin para las fases debe ser distinta en ambos.

El esquema de instalacin simplificado, se ve en la figura 11.

Figura 11. Sistema semiautomtico de dos contactores para inversin de giro.

Los motores elctricos se utilizan en la industria, por ejemplo, para hacer funcionar una correa

transportadora, un ascensor, un puente gra, se utiliza tambin en sistemas de ventilacin o en

sistemas de bombeo y muchas veces los encargados de estas reas son ingenieros mecnicos. Por

lo tanto, es de gran importancia que el ingeniero mecnico conozca el principio de funcionamiento


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elctrico de los sistemas en los que trabaja, ya que no siempre se cuenta con un ingeniero elctrico

en el momento de las fallas de este tipo.

Por ltimo, los objetivos del laboratorio se cumplieron en su totalidad. Se logr montar un circuito de

control con las exigencias requeridas por el profesor, entendiendo el funcionamiento de cada uno

de los componentes y los parmetros necesarios para su correcta seleccin.

7.0 Apndice

7.1 Caractersticas tcnicas de los instrumentos

Esta seccin hace referencia a los principios de funcionamiento de los instrumentos utilizados.

Motor trifsico

El tipo de conexin en la placa de bornes del motor, es la que define la tensin de funcionamiento

de este. Puede ser de dos tipos: conexin estrella y triangulo. La conexin estrella es la que permite

trabajar con la tensin mayor del motor, mientras que la conexin triangulo permite trabajar con la

tensin menor del motor. Esto es de gran importancia ya que tambin define el resto de los

parmetros, es decir, revoluciones, amperaje, potencia. Los valores de estos parmetros se revisan

en la placa del motor.

Figura 12. Tipos de conexin en placa de bornes del motor.

Figura 13. Placa motor utilizado.

Contactor

El contactor como se explic anteriormente no permite el paso de corriente al motor hasta que el

bobinado sea energizado, al pulsar el botn partir del sistema de mando o control. Se debe tener

en cuenta, que este dispositivo es similar a un rel, salvo que en la parte del bobinado recibe una

tensin baja proveniente del sistema de control, y en los contactos es capaz de recibir una tensin

alta que es la que alimenta al motor.

El principio de funcionamiento de este dispositivo se muestra a continuacin.


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Figura 14. Funcionamiento del contactor.

Caso 1: Como la bobina no est energizada no hay campo magntico, por lo tanto no hay unin

entre martillo y contactos.

Caso 2: La bobina esta energizada por lo tanto se genera un campo magntico que desplaza el

conjunto resorte-martillo hacia la culata, lo que permite realizar la unin con los contactos.

Disyuntor magntico

Este dispositivo es el encargado de proteger el sistema en caso de cortocircuito y su principio de

funcionamiento es en base a un sistema electro-mecnico que abre el circuito, impidiendo el paso

de corriente hacia el contactor.

En la figura se muestra un esquema simplificado del disyuntor en estado normal (contacto cerrado).

En el caso de que haya corriente de cortocircuito, se produce una fuerza en el bobinado que es

capaz de desplazar el metal y abrir el contacto elctrico.

Figura 15. Esquema funcionamiento fusible magntico.

Disyuntor trmico

Es un aparato diseado para la proteccin de motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase y

diferencias de carga entre fases. Si el motor sufre una avera y se produce una sobre intensidad,

unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladas alrededor de un bimetal), consiguen que una


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lmina bimetlica, constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatacin, se deforme por

el aumento de temperatura, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se abre

el contacto.

Figura 16. Funcionamiento fusible trmico.

8.0 Referencias

Teora del laboratorio

http://coparoman.blogspot.com/2014/03/como-cambiar-de-giro-un-motor-trifasico.html

http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=15&id_sec=9

Recursos Aula Elctrica. http://guindo.pntic.mec.es/rarc0002/

c230.pdf

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