maquinas elecricas y automatismo 5
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ESCUELA DE EDUCACIN SECUNDARIA
ESCUELA DE EDUCACIN SECUNDARIA
TCNICA N 13
Virrey del Pino LA MATANZA
Mquinas Elctricas y Automatismos II
5 Ao del ciclo Superior de la Especialidad
Tcnico ElectromecnicoTrabajo Realizado por Prof. Seita Daniel Ao 2013Indice Temtico:
Introduccin:
Clasificacin de mquinas elctricas
Generador de Corriente Continua
Definicin general de generador
Principio de funcionamiento
Partes componentes
Tipos de generadores
Curvas Caractersticas
Paralelo de Generadores de CC
Ensayo de un generador de excitacin independiente en vaco
Ensayo de un generador de excitacin independiente en carga
Motores de C.C.
Definicin general de motor
Principio de funcionamiento
Partes componentes
Tipos de motores
Curvas Caractersticas
Usos
Ensayo de un motor derivacin en vaco
Ensayo de un motor derivacin en carga
Motores Monofsicos y Trifsicos
Partes componentes
Identificacin de bobinados
Chapa Caracterstica
Plaqueta de conexin
Inversin del sentido de giro
AutomatismoRel y Contactor
Partes componentes
Principio de funcionamiento
Simbologa
Circuitos con contactoresIntroduccin
Generadores de Energa Elctrica:
Definicin:
Un generador de energa elctrica es una mquina que transforma energa mecnica (movimiento de rotacin) en energa elctrica. Las fuentes que provean esta energa mecnica pueden ser de diversas ndoles tales como elica, hidroelctrica, mareomotriz, etc. Esta definicin es vlida tanto para generadores de C.C. como de C.A.
Principio de Generacin
Como ya sabemos, cada vez que enfrentamos dos polos de un imn se establece entre ellos una fuerza de atraccin que la representamos con lneas de fuerza, y el conjunto de esas lneas de fuerzas determina lo que llamamos campo magntico.
En la prctica, el uso de imanes naturales es impensable debido al volumen que deberan tener las mquinas elctricas. Por ello es que en lugar de usar imanes permanentes utilizaremos electroimanes y al campo generados por ellos lo denominaremos campo electromagntico.
Para comprender cmo es el principio de generacin utilizaremos un generado elemental como el de la figura:
Si se observa detenidamente la figura anterior, podremos observar que ambos polos principales estn bobinados en sentidos contrarios para poder obtener los polos Norte y Sur respectivamente y que son alimentados por una fuente exterior.
El inducido esta formado por una sola espira y el colector solamente por dos delgas (lminas de cobre) una para cada extremo de bobina.
Si por medio de un elemento externo logramos hacer girar el inducido dentro del campo electromagntico, este comenzar a cortar lneas de fuerza por lo que se inducir en l una fuerza electromotriz y que al estar conectado con el circuito exterior a travs del colector circular una intensidad de corriente elctrica.
Partes componentes de un Generador de C.C.Los generadores de C.C. tambin llamados dnamos, estn compuestos por una carcaza de hierro (estator) donde van montados los polos principales (inductores), la cual constituye la parte fija de la mquina y por un inducido que es un ncleo de hierro bobinado y en el cual tambin va montado el colector, todo este conjunto conforma la parte mvil de la misma.
Los polos principales son ncleos de hierro laminado sobre los cuales van montados las bobinas principales. El nmero de polos principales estar dado por las caractersticas del generador, es decir por la Tensin de salida y por la Intensidad de corriente que requiere el servicio para el cual fue diseado.
El colector esta formado por una serie de delgas de cobre (lminas) aisladas entre si, en cada una de estas delgas se conectaran los principios y finales de cada devanado del inducido. El nmero de bobinad del inducido estar dado por Tensin de salida y por la Intensidad de corriente que requiere el servicio para el cual fue diseado al igual que los polos principales.
Cuando por los devanados de inducido circula una intensidad de corriente, en ellos se produce un campo electromagntico de igual polaridad que el polo principal actuante es ese momento, a este efecto se lo conoce con el nombre de reaccin de armadura. Al oponerse al campo, el flujo magntico resultante es menor al necesario por lo cual es menester disminuir este efecto. Para ello se utilizan los denominados polos auxiliares o polos conmutadores. Estos polos son ms angostos que los principales y se conectan en serie con la armadura, tal como lo muestra la figura:
Generadores de excitacin independienteSon aquellos donde la alimentacin del campo principal se hace por medio de una fuente externa, una batera por ejemplo.
Curva de Primera Magnetizacin de un Material Ferromagntico
Curva de Vaco de un Generador de Excitacin Independiente
Si observamos detenidamente ambas curvas, notamos que son idnticas salvo que la del generador de excitacin independiente no parte de cero sino que lo hace de un valor distinto. Esto se debe a que el generador ya fue puesto en funcionamiento y por lo tanto mantiene un determinado magnetismo remanente.
Generadores autoexcitadosEn un principio a todos los generadores de C.C. recin salidos de fbrica, es decir que nunca fueron puestos en funcionamiento, funcionan como un generadores de excitacin independiente. Una vez puesto en funcionamiento y dejado en marcha un cierto tiempo, el estator, una vez detenido, mantiene lo que se denomina magnetismo remanente.
Si ponemos en marcha nuevamente el generador, podremos medir en bornes de salida una fuerza electromotriz inducida (femi) debida al magnetismo remanente antes mencionado. Ahora bien, si parte de esa femi se usa para realimentar los campos principales vemos que el flujo magntico resultante se ha incrementado, por lo que la tensin de salida tambin ha sufrido un incremento. Este procedimiento se realiza sucesivamente hasta alcanzar la tensin de salida deseada. A la intensidad de corriente utilizada para alimentar el campo principal se la denomina corriente de excitacin Ie y se la regula a travs de restato de campo.
Dentro de los generadores autoexcitados podemos encontrar los generadores Serie, derivacin y compound (compuesto) y dentro de estos la conexin corta y larga. Estas denominaciones estn referidas a la forma como est conectado el campo principal respecto de la armadura.
Circuito Equivlente de un generador de C.C.El generador que se utiliza es en generador compound largo.
Donde
Via: tensin Terminal de armadura en V
Vg: tensin generada en la armadura en V
Vt: tensin en las terminales del generador en V
ra: resistencia circuito de armadura en
rs: resistencia del campo serie en
rf: resistencia del campo derivacin conjuntamente con el restato en
Ia: Intensidad en la armadura en A
If: Intensidad del campo derivacin en A
Il: Intensidad de lnea en A
Curvas Caractersticas de los generadores de C.C. Excitacin Independiente
Excitacin Derivacin
Excitacin Serie
Excitacin Compound
Motores Elctricos
Definicin: Un motor elctrico es una mquina que transforma energa elctrica en energa mecnica (movimiento de rotacin).
INTRODUCCION:Los generadores de corriente continua son lasmismas mquinas que transforman la energa mecnica en elctrica. No haydiferencia entre un generador y un motor, a excepcin del sentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee elflujo de campo, y stos son de excitacin independiente, derivacin, serie, excitacin compuesta acumulativa y compuesta diferencial, yadems difieren de sus caractersticas terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilizacin, en este caso se explicaran las conexiones en serie, independiente, shunt y compound.
Se supone que el sentido de giro dela mquina es a derechas lo que,por otro lado, es el que corresponde a casi todas las mquinas motrices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastar con cambiar, las conexiones delcircuito principal.MOTOR SERIE:Tipo de motor elctrico de c.c endonde el devanado del campo se conecta en serie con la armadura del motor. Este devanado es de un alambre gruesoya quetendr que soportarla corriente dela armadura.
Consecuentea esto se produce un flujo magntico proporcional a la corriente de armadura Cuandoel motortiene exceso decarga, el campo que est enserienos va a produciruncampo magntico mucho mayor,debido aeste fenmeno nos va a permitir un esfuerzo de torsin mucho mayor.La velocidad de giro vara dependiendo del tipo de carga que se tenga. Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado ypueden acelerar cargas pesadasrpidamente.
MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO:Es un motor de CCque consiste en que el bobinado inductor principal est conectado en derivacin con el circuito formado porlos bobinados inducidos e inductor auxiliar.
MOTOR COMPOUND:Es un motor de c.c cuya excitacin es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con elbobinado inducido y otro conectado en derivacin con el circuito formado porlos bobinados inducido, inductor serie einductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope delbobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura vara, y es directamente proporcional a lacarga. El campo serie se conecta de manera tal quesu flujo se aade al flujo del campo principal shunt.Los motores compound se conectan normalmente deesta manera yse denominan como compound acumulativo. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitacin del campo puede resultar en exceder la mxima velocidad segura del motor sin carga.Los motores de corriente continua compound son utilizados cuando se necesita un sealestable de par constante para un amplio rangode velocidad.Sus bobinas principales estn constituidas por muchas espiras ycon hilo de poca seccin, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
Generadores de C.A.Son tambin denominados alternadores y son fundamentalmente trifsicos. Su principio de generacin ya fue abordado en los generadores de C.C. La primera de las diferencias que encontramos es que este tipo de generadores no poseen colector sino que emplean aros rozantes tal como lo indica la figura a continuacin:
Al hacer girar el rotor dentro del campo magntico, vemos que el mismo corta lneas de fuerzas por lo que se inducir en el una fuerza electromotriz (fem). Por tener aros rozantes no hay conmutacin por lo que las escobillas siempre estn en contacto con el mismo lado de bobina, obtenindose la forma de onda que a continuacin se detalla:
Tipos De Alternadores:
Los alternadores pueden ser de dos tipos a saber:
.- Polos Fijos: En este tipo de generadores el campo principal est en el estator, la tensin y la intensidad de salida se obtienen del inducio. El mayor inconveniente es que para grandes potencias las partes mviles deben ser robustas, pesadas, con gran distancia entre ellas y producen prdidas de rendimiento y demasiado chisporroteo con el consiguiente recambio de aros y escobillas, lo que insume tiempo y dinero. Adems el costo de estos tipos de mquinas sera excesivo.
.- Polos Salientes: En este caso el campo principal se encuentra en el rotor y el inducido ahora es el estator. Esta nueva disposicin nos permite obtener tensiones e intensidades altas sin partes en movimiento.La tensin de excitacin es aplicada a travs de los aros rozantes pero por ser de valores muy inferiores al de salida esto no crea inconvenientes.
Un generador elemental del tipo anteriormente descripto es el que se detalla a continuacin:
Generador trifsico:Una forma de producir un sistema de corriente trifsica es con un alternador o generador de tres bobinas, como el de la figura:
Las tres bobinas se encuentran soportadas en el estartor, mientras que el rotor esta imantado o lleva un electroimn para que genere el campo magntico y es la parte mvil del alternador. En los alternadores antiguos suceda al revs, es decir, las bobinas se encontraban en el rotor y eran la parte mvil, esto tena un inconveniente y es que se necesitaba un complejo sistema de colectores y escobillas para poder recoger las tensiones producidas. Los alternadores modernos, con las bobinas soportadas en el estartor son ms econmicos y fiables que los alternadores antiguos.Los alternadores cuyo rotor lleva un electroimn, son alimentados con una fuente de corriente continua para activar el electroimn y poder generar el campo magntico.Como se puede observar en el dibujo, del alternador de arriba, la distancia entre los centros de las bobinas es de 120, gracias a ello tenemos tres seales alternas diferentes y distanciadas entre si 120, como se puede ver en el siguiente dibujo:
Ahora bien, de cada bobina, dibujo del alternador, se obtienen dos cables (no esta representado en el dibujo). Esto es til saberlo porque un alternador lo podemos conectar en estrella o en tringulo. Pero, tambin hay que decir, que no tiene mucho sentido conectarlo en tringulo si lo que deseamos es utilizar un neutro. De hecho, lo ms habitual es conectarlo en estrella.Ahora bien, el generador trifsico se puede conectar de tres maneras diferentes: en estrella, en tringulo o con cada bobina de forma independiente.
Como se puede observar en el dibujo, tenemos un alternador conectado de forma independiente, es decir, cada bobina del alternador o generador se comporta como un generador monofsico. Con este sistema tenemos un sistema trifsico de 6 conductores.En el supuesto que las resistencias o cargas sean iguales, tendremos que las tensiones estarn en fase con sus intensidades respectivas, y que habr 120 de desfase entre las tensiones o intensidades.Paralelo de Alternadores:
Para proceder a conectar dos alternadores en paralelo se deben cumplir cuatro condiciones bsicas simultneamente.
1. Igualdad de secuencia de fase: Definimos como secuencia de fase al sentido en de giro de las ternas rotantes. Esto se verifica cundo se instalan las mquinas un su ubicacin definitiva.
2. Igualdad de Fase: Al momento de entraren paralelo, la diferencia de potencial debe entre fases debe ser nula, esto se verifica con un sincronoscopio de aguja o de lmparas. Cuando las lmparas estn apagadas es cumple la condicin.
3. Igualdad de Frecuencia: Al variar la velocidad del generador, variamos la frecuencia de la seal de salida.
4. Igualdad de Tensin: Esta condicin se logra regulando la intensidad de excitacin. Al momento de acoplarse en paralelo, el alternador que va a entrar en servicio debe tener una tensin algo superior a la de la lnea (unos 20V aproximadamente) a fin de que al conectarse absorba carga y a posteriori se reduce al valor nominal. En caso contrario se corre el riesgo que el alternador acoplado no absorba carga y pase a trabajar como motor.
Motores Elctricos
Motores de C.A. monofsicos:Si bien hay varios tipos nos dedicaremos exclusivamente a los motores de induccin de fase partida. Este tipo de motores estn conformados por las siguientes partes:
Carcaza: puede ser de hierro o de fundicin, en algunos tipos de motores la carcaza es aleteada a fin de disipar mayor cantidad de calor. En el interior va montado el estator.
Estator: es de forma cilndrica de hierro laminado ( hierro al silicio) ranurado donde irn montadas los devanados que formarn el campo rotante.
Devanados: posee dos devanados a saber: uno de trabajo o principal y otro de arranque o auxiliar cuya disposicin es la que se muestra a continuacin:
Capacitor de Arranque: debido a que los flujos magnticos creado por los devanados antes mencionados prcticamente estn en fase, no existe campo rotante y por ende el rotor no gira. Agregando un capacitor en serie con el devanado auxiliar, provocamos un defasaje de 90 entre ambos flujo, se genera un campo rotante y el motor gira arrastrado por el mismo.
Interruptor centrfugo: en motores de baja potencia (menores a 1 HP) el capacitor es fijo. Para potencias mayores el capacitor y el bobinado de arranque se desconectan a travs de un interruptor centrfugo. Dicho interruptor es de tipo mecnico. Cuando el motor alcanza el 75% de la velocidad nominal, la fuerza centrfuga que se genera hace que se accione el interruptor. Una vez desconectados el bobinado y el capacitor de arranque el motor queda funcionado por la accin del campo principal.
Inversin de giro de un motor monofsico:Para poder visualizar ms claramente la inversin de giro de un motor monofsico haremos uso de los siguiente disposicin:
Figura 1
En la figura 1 vemos que el par motor que se establece tiende a girar en sentido horario debido a la diferencia entre los valores de los flujos o lo que es lo mismo de intensidad de corriente.
Figura 2
En la figura 2 vemos que la corriente por el devanado de arranque circula en sentido opuesto, por lo que el campo rotante rota en sentido inverso y por ende el motor.
Identificacin de devanados:
Dado que el bobinado auxiliar slo se utiliza en el momento de arranque, el mismo se construye con alambre de cobre fino mientras que el de trabajo es de rgimen permanente se construye con alambre de cobre de mayor seccin. Sabiendo que:
R= x l / s
donde
R es la resistencia del conductor medida en
es la resistividad especfica del cobre medida en mm / m
l es la longitud del conductor medida en m
s es la seccin del conductor medida en mm
Al ser el bobinado de arranque de menor seccin que el de trabajo, tendr una mayor resistencia por lo cual ser fcilmente detectable con un hmetro o con un multmetro en dicha funcin. Los dos cables restantes corresponden al devanado de trabajo.
Motores Trifsicos de Induccin
Partes Componentes
Funcionamiento
Al aplicar corriente trifasica al devanado trifasico del estator se crea en este campo magntico giratorio. Este campo magntico giratorio induce en las espiras del rotor una fuerza electromotriz, y como todas las espiras estn en cortocircuito, circula por ellas una corriente.
La Ley de Lenz dice:
Toda corriente inducida tiende a oponerse a la causa que la produce.
La corriente del rotor, al oponerse al campo magntico que la produce, obliga al rotor a girar en el mismo sentido del campo.BOBINAS DE UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
PRINCIPIOS
FINALES
TIPOS DE CONEXION
A.- ESTRELLA
En la conexin Estrella el motor se alimenta por los principios y se unen los finales.
Siempre en la placa de caractersticas de un motor bi tensin, la tensin es la Vn (tensin nominal) de las bobinas que se corresponde con la conexin Triangulo, mientras que la 2a tensin se corresponde con la conexin Estrella.B.- TRIANGULO
En la conexin triangulo el motor se alimenta por los principios, y se une el principio de cada bobina con el final de la siguiente
Placa de caractersticas en las mquinas.
Placas de identificacin de mquinas elctricas segn la norma DIN:
<
1. Nombre del fabricante.
2. Tamao, forma de construccin.
3. Clase de corriente.
4. Clase de mquina; motor, generador, etc.
5. Nmero de fabricacin.
6. Identificacin del tipo de conexin del arrollamiento.
7. Tensin nominal.
8. Intensidad nominal.
9. Potencia nominal. Indicacin en kW para motores y generadores de corriente continua e induccin. Potencia aparente en kVA en generadores sncronos.
10. Unidad de potencia, por ejemplo kW.
11. Rgimen de funcionamiento nominal.
12. Factor de potencia.
13. Sentido de giro.
14. Velocidad nominal en revoluciones por minuto revol/min.
15. Frecuencia nominal.
16. Err excitacin en mquinas de corriente continua y mquinas sncronas. Lfr inducido para mquinas asncronas.
17. forma de conexin del arrollamiento inducido.
18. Mquinas de cc y sncronas: tensin nominal de excitacin. Motores de inducido de anillos rozantes: tensin de parada del inducido (rgimen nominal).
19. Mquinas de cc y sncronas: corriente nominal de excitacin. Motores de inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del motor.
20. Clase de aislamiento.
21. Clase de proteccin.
22. Peso en Kg o T.
23. Nmero y ao de edicin de la disposicin VDE tomada como base.
Inversin de giro de un motor trifsico
Cuando la maquina accionada tenga que girar en dos sentidos, bastar con cambiar dos de las tres fases de alimentacin del motor para que invierta el sentido, que se consigue porque se cambia el sentido del campo giratorio del estator y por consiguiente el de inducido.
En las maquinas herramientas, como torno, fresadores, etc, que la inversin se realiza con cierta frecuencia, esta maniobra se realiza mediante contactores cuyo control se consigue por medio de pulsadores, finales de carrera, temporizadores, etc.
No es conveniente hacer la inversin bruscamente sino esperar a que el motor este parado y luego invertir el sentido de giro.
Los inversores constan de un equipo de dos contactores enclavados entre si de tal manera que si funciona uno el otro no funcione, o sea que exista un enclavamiento entre ellos, pues si pudiese conectar los dos contactores a la vez al estar cambiadas dos de las tres fases se producira un cortocircuito.
AutomatismoEl control busca coordinar y concretar una serie de acciones respetando la finalidad para la cual fue desarrollado. Para tal fin el sistema de control debe adquirir informacin de aquello que controla (a travs de los sensores), un sistema que determine las acciones a seguir segn la situacin y un medio por el cual se concreta las acciones definidas por la unidad de control (por medio de los preactuadotes y actuadores).
La unidad de control consiste en la interconexin de los elementos de mando y potencia, para que se comporte el sistema en forma apropiada. Con los desarrollos tecnolgicos la unidad de mando se transform en un equipo electrnica programable en un lenguaje y diseado para controlar en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales.
Tipos de Lgica
1. Lgica Cableada: Cmo responder el sistema de mando queda determinado de cmo se efecten las uniones elctricas entre los diferentes elementos que lo componen. Una modificacin de la lgica cableada involucra la transformacin del cableado fsico existente. A pesar de ello es la que estudiaremos y aplicaremos en este curso.2. Lgica Dedicada: Consiste en mdulos electrnicos especficamente diseados para una tarea. La modificacin de las caractersticas del sistema a controlar requiere del reemplazo total de stos mdulos. Slo se justifican en subsistemas que no sufrirn cambios importantes durante el ciclo de vida del sistema de control.3. Lgica Programada: La lgica del sistema y el cableado estn separados. Una modificacin de la lgica no necesariamente exige una transformacin del cableado existente, esto provee al sistema de una cierta adaptabilidad ante eventuales modificaciones.
Simbologa
Circuitos con PulsadoresEncendido de una lmpara con un pulsador
Apagado de una lmpara con un pulsador
Elrel
El rel, es un dispositivo electromecnico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Si el electroimn est activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimn se desactiva, conecta los puntos D y E.De esta manera se puede conectar algo, cuando el electroimn est activo, y otra cosa conectada, cuando est inactivo.
Un contactor es un componente electromecnico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores instantneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente elctrica de un receptor o instalacin, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe accin alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando acta dicha accin. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas elctricos, su simbologa se establece con las letras KM seguidas de un nmero de orden.
Contactor
Es un mecanismo cuya misin es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a travs de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente elctrica, comportndose como electroimn y atrayendo dichos contactos.Aspecto fsico:
Partes de que est compuesto:
- Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6.
Tienen por finalidad abrir o cerrar
el circuito de fuerza o potencia.
- Contactos auxiliares: 13-14 (NO)
Se emplean en el circuito de mando o
maniobras. Por este motivo soportarn
menos intensidad que los principales.
El contactor de la figura solo tiene uno
que es normalmente abierto.
- Circuito electromagntico:
Consta de tres partes.-
1.- El ncleo, en forma de E. Parte fija.
2.- La bobina: A1-A2.
3.- La armadura. Parte mvil.
Smbolo:
Contactos auxiliares: Para poder disponer de mas contactos auxiliares y segn el modelo de contactor,
se le puede acoplar a este una cmara de contactos auxiliares o mdulos independientes, normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC).
A continuacin podemos observar un Contactor con sus contactos auxiliares ya
montados:
Marcado de bornes:
Bobina: se marca con A1 y A2.
Contactos auxiliares: Como ya hemos nombrado, existen contactos
normalmente abiertos (NO) y normalmente cerrados (NC).
- Contactos NO.- Se les asignarn nmeros de 2 cifras, la primera cifra
indica el nmero de orden y la segunda deber ser 3 y 4. Ejemplos: 13-14
23-24, 33-34.
- Contactos NC.- Se les asignarn nmeros de 2 cifras, la primera cifra
indica el nmero de orden y la segunda deber ser 1 y 2. Ejemplos: 11-12
21-22, 31-32.
- Contactos principales: Se marcan con los siguientes nmeros o letras:
1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3.
Rel Trmico: Los bornes principales se marcarn como los contactos
principales del contactor, 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos
auxiliares sern, 95-96 contacto cerrado y 97-98 contacto abierto.
Circuitos con Reles
Encendido de un lmpara con un Rel
Encendido de un lmpara con un Rel con Enclavamiento
Encendido y Apagado de un lmpara con un Rel con Enclavamiento
Circuitos con Contactores
Cuando se trabaja con contactores se deben realizar los circuitos de mando y de potencia por separado a pesar que luego en la prctica estn agrupados en un mismo contactor.
Arranque directo de un motor trifsico
Circuito de Mando Circuito de Potencia
Inversin de Marcha con 3 Pulsadores
Circuito de Mando
Circuito de Potencia
En el circuito anterior observamos que si se accionan ambos pulsadores (marcha y contramarcha) al mismo tiempo, en el circuito de potencia se produce un cortocircuito entre dos fases.
Para solucionar este inconveniente lo que se hace es excluir un contactor cuando el otro est activado.Inversin de Marcha con 3 Pulsadores y Exclusin
Como vemos el circuito de potencia no ha sufrido modificacin alguna, dado que las mismas se han dado en el de mando. A partir de esta incorporacin no se admiten circuitos con contactores que no contengan la exclusin.Inversin de Marcha con 3 Pulsadores , Exclusin y Fines de Carrera Circuito de Mando
Circuito de Potencia
Nuevamente lo nico que se ha modificado es el circuito de mando. Tambin podemos observar que la utilizacin de los fines de carrera me brindan la posibilidad de usar un solo pulsador de marcha para efectuar la inversin de marcha dependiendo de cual de los dos fines de carrera este activado.Inversin de Marcha con 3 Pulsadores , Excclusin y Fines de Carrera
Circuito de Mando
Circuito de Potencia
Arranque Estrella Tringulo con 1 TimerCircuito de Mando
Circuito de Potencia
Arranque Estrella Tringulo con 2 Timers
Circuito de Mando
Circuito de Potencia
Sensores y Transductores
Transductor
Es un dispositivo que convierte la seal que tiene a la entrada (seal procedente de una magnitud fsica, por ejemplo, fuerza, presin, temperatura, velocidad, etc.) en una seal de otro tipo (pero tambin asociada a una magnitud fsica). Esta seal es generalmente de tipo elctrica.
Sensor
Es un dispositivo que proporciona la capacidad de medir cantidades fsicas o variables que no pueden ser observadas como seales elctricas.CLASIFICACIN DE SENSORES
Aunque es un poco complicado realizar una clasificacin nica, debido a la gran cantidad de sensores que existen actualmente, la siguiente clasificacin se basa segn la magnitud fsica a detectar:
. Medicin de temperatura.
Pirmetro pticoPirmetro de radiacin.Termistor.Termopar.
a. Medicin de esfuerzos y deformaciones.
b. Medicin de movimiento.
Grandes distancias: Radar, lser, Ultrasonido, etc.
Distancias pequeas:
Mtodos pticos.Mtodos inductivos (LDT y VDT).Mtodos resistivos y capacitivos.
Posicin lineal o angular:
Codificadores incremntales.Codificadores absolutos.Transductores capacitivos.
c. Sensores de Presencia o Proximidad.
Inductivos.Capacitivos.Fotoelctricos.De efecto Hall.Radiacin.Infrarrojos.
d. Sistemas de visin artificial.
Cmaras CCD.
e. Sensores de humedad y punto de roco.
Humedad en aire gases.Humedad en slidos.Punto de roco.
f. Sensores de caudal.
De slidos, lquidos o gases.Presin diferencial.Medidores magnticos.Medidores por fuerzas de Coriolis.Medidores de rea variable.Medidores de desplazamiento positivo.
g. Sensores de nivel.
De lquidos y slidos.
h. Sensores de presin.
i. Sensores de Fuerza y par.
Calibrador de tensin.De array tctil.
j. Sensores de intensidad lumnica.
k. Sensores de aceleracin.
l. Sensores de velocidad lineal o angular.
m. Sensores tctiles.
Matriz piezoelctrica, ptica o capacitiva.Matriz de contactos.
Sensores InductivosSon sensores de proximidad e incorporan una bobina, la cual es usada para detectar la presencia de un objeto metlico conductor. Esta tipo de sensores ignoran objetos no metlicos.
.- Objeto a detectar ausente:
amplitud de oscilacin al mximo, sobre el nivel de operacin;
la salida se mantiene inactiva (OFF).
2.- Objeto a detectar acercndose a la zona de deteccin:
se producencorrientes de Foucault, por tanto hay una transferencia de energa;
el circuito de deteccin detecta una disminucin de la amplitud, la cual cae por debajo del nivel de operacin;
la salida es activada (ON).
3.- Objeto a detectar se retira de la zona de deteccin:
eliminacin de corrientes de Foucault;
el circuito de deteccin detecta el incremento de la amplitud de oscilacin;
como la salida alcanza el nivel de operacin, la misma se desactiva (OFF).
Cuando un objeto metlico entra en el campo, circulan corrientes Eddy (parsitas o de Foucault) dentro del objeto. Esto aumenta la carga del sensor, disminuyendo la amplitud del campo magntico.
El circuito de disparo monitorea la amplitud del oscilador y a un nivel predeterminado conmuta el estado de salida del sensor.
Conforme el objeto se aleja del sensor, la amplitud del oscilador aumenta, a un nivel predeterminado conmuta el estado de salida del sensor nuevamente a su condicin normal.
Estos tipos de sensores pueden ser blindados o no. Los sensores no blindados tienen un rea de sensado mayor que la de los blindados pero no pueden colocarse al ras del metal.
Su alimentacin es con C.C.Sensores CapacitivosSon similares a los inductivos, la principal diferencia es que los mismos producen un campo electrosttico en lugar de uno electromagntico. Estos objetos sensan objetos metlicos y no metlicos como por ejemplo el papel, vidrio, lquidos, etc.
La superficie de sensado esta formada por dos electrodos concntricos de metal de un capacitor.
Cuando un objeto se aproxima a la superficie de sensado y este entra en el campo electrosttico de los electrodos, cambia la capacitancia en el circuito oscilador y esto hace el mismo comience a oscilar. El circuito disparador lee la amplitud del oscilador y cuando alcanza un nivel especfico, la etapa de salida del sensor cambia.
Conforme el objeto se aleja del sensor, la amplitud del oscilador decrece conmutando nuevamente la salida a su estado original.
Al igual que los inductivos estos sensores pueden ser blindados o no y peden tener alimentacin de C.A. como de C.C.
Fines de Carrera
Es un sensor de contacto, tambin llamado interruptor de lmite o limit switch. Son dispositivos, elctricos, mecnicos o neumticos situados al final del recorrido de un elemento mvil, con el objetivo de enviar seales que puedan modificar el estado de un circuito.Internamente puede contener contactos normalmente abiertos (NO), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operacin que cumplan al ser accionados.
Generalmente estos sensores estn compuestos por 2 (dos) partes a saber: Un cuerpo donde se encuentran los contactos
Una cabeza que detecta el movimiento
Un sensor de este tipo es el que se muestra a continuacin:
Su uso es muy diverso, emplendose en general, en todas las mquinas que tengan movimiento rectilneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir aquellas que realicen una carrera, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
Sensor Infrarrojo
El emisor puede estar construido por un diodo o fototransistor y el receptor por un LDR (Light Dependent Resistance) que son celdas de cadmio que varan su resistencia con la luz. El circuito de salida utiliza la seal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda reconocer. Los sensores infrarrojos pueden ser:
De Barrera: Las barreras del tipo emisor receptor estn compuestas de 2 (dos) partes, uno que emite un haz de luz y el otro que lo recibe. Se establece un rea de deteccin donde el objeto a detectar es reconocido cuando interrumpe dicho haz. Debido a esto, la deteccin no se ve afectada por el color, textura o brillo del objeto. Autoreflex: La luz infrarroja viaja en lnea recta, en el momento que el objeto se interpone, el haz rebota contra este y cambia de direccin sea enviado al receptor y el elemento sea sensado. Un objeto de color obscuro no es sensado debido a que el mismo absorbe la luz y por ende el sensor no experimenta cambios.
Reflez: Tienen los componentes de emisin y recepcin en un mismo cuerpo, la ventaja es que el cableado es en un solo punto.PresostatoEn un sensor de presin.a) ResistivosLa variacin de movimiento del elemento mecnico (normalmente un tubo Bourdon) se combina con un sistema de variacin de resistencia por
potencimetro.
b) Inductancia Variable Una aplicacin usual es la de un LVDT, en el cul el ncleo est vinculado a un diafragma. Cuando este se deforma por efecto de la presin, mueve el ncleo y vara el nivel de acoplamiento entre el primario y los secundarios. Con esto se aprovecha todas las ventajas de los LVDT: pequeos, robustos y buena resolucin
c) Reluctancia VariableSe componen de un electroimn o de un imn permanente y un ncleo ferromagntico mvil.Este ncleo puede ser desplazado por medio del tubo Bordoun o un diafragma, variando la reluctancia del circuito magntico y por ende la inductancia de una bobina presente en el circuito.
d) Capacitivos
Se basan en la variacin de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicacin de presin. La placa mvil tiene
forma de diafragma y est entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores, uno de capacidad fija y otro variable.
Mando de un Compresor con Presostato
En el Momento de Conectar el interruptor Sw entrar a funcionar el motor del compresor M. Al dejar de tener el depsito presin mnima Pmin se abrir el contacto, realimentndose la bobina a travs de su contacto auxiliar M.Al llegar a la presin mxima, se abrir el doble contacto Pmax con lo que se deja de excitar a la bobina M, detenindose el motor del compresor. El mismo volver a conectarse cuando deje de tener Pmax y llegar a Pmin.
Termostatos de lmina bimetlica
Este tipo de termostato utiliza la capacidad de doblado de las lminas bi metlicas para su funcionamiento, son muy comunes dada su simplicidad, estabilidad y bajo costo.Pueden ser de dos tipos, en uno, la propia lmina bi metlica es parte del interruptor de la electricidad y tiene adosado en un extremo uno de los contactos, el doblado con la temperatura, de la propia lmina abre o cierra el circuito. Es muy comn su uso en las planchas de planchar ropa, hornos domsticos y estufas elctricas. La temperatura puede regularse debido a que el propio termostato est dentro del volumen a controlar o bien porque el paso de la corriente calienta la lmina bi metlica.
Esquema de este tipo de termostato
Termostatos de bulbo
Estos termostatos usan como sensor de temperatura un bulbo lleno de un gas o de un lquido voltil que se conecta a travs de un estrecho conducto a una cmara cerrada flexible en forma de disco volador. Cuando se calienta el gas o el lquido dentro del bulbo sensor, la presin de vapor crece y hace que la cmara flexible se dilate (como lo hace un globo al inflarlo) este movimiento de crecimiento de la cmara flexible empuja un vstago que acciona un interruptor elctrico que conecta o desconecta el elemento generador de calor (o fro) y vise versa manteniendo de esta forma la temperatura estable en la zona donde est el bulbo sensor.
TermocuplaUn termopar (tambin llamado termocupla) es un transductor formado por la unin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unin caliente o de medida y el otro denominado "punto fro" o unin fra o de referencia. En Instrumentacin industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefaccin a gas.
Tipos de termopares Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleacin de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 C a +1.372 C y una sensibilidad 41V/ C aprox. Posee buena resistencia a la oxidacin.
Tipo E (Cromo / Constantn (aleacin de Cu-Ni)): No son magnticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico. Tienen una sensibilidad de 68 V/ C.
Tipo J (Hierro / Constantn): Su rango de utilizacin es de -270/+1200C. Debido a sus caractersticas se recomienda su uso en atmsferas inertes, reductoras o en vaco, su uso continuado a 800C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rpida oxidacin que sufre el hierro por encima de 550C y por debajo de 0C es necesario tomar precauciones a causa de la condensacin de vapor de agua sobre el hierro.
Tipo T (Cobre / Constantn): ideales para mediciones entre -200 y 260C. Resisten atmsferas hmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 V/C.
Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son ms caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los ms estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 V/ C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 C).
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1.800 C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando as su uso a temperaturas por encima de 50 C.
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1.300 C. Su baja sensibilidad (10 V/ C) y su elevado precio quitan su atractivo.
Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 C, pero su baja sensibilidad (10 V/ C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibracin universal del punto de fusin del oro (1064,43 C).
Termorresistencias
Un termistor es un sensor resistivo de temperatura.
Su funcionamiento se basa en la variacin de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El trmino termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura negativo
PTC (Positive Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura positivo
Son elementos PTC los que la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC los que la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura.
TacogeneradorPproporciona una tensin proporcional a la velocidad de giro del eje.
Utiliza un interruptor llamado reed switch, que utiliza fuerzas magnticaspara activarse o no dependiendo si un objeto magntico se encuentra fsicamente cercano al interruptor.
Se desea medir la velocidad de giro de una rueda dentada, se dispone de uno de los dientes magnetizados de forma que cada vez que ste diente pase junto al interruptor ser accionado por la fuerza magntica. As por cada vuelta descrita por la rueda, el interruptor se activa y en su salidase obtieneun pulso de corriente. Midiendo estos pulsos de corriente (nmero de vueltas) por unidad de tiempo => velocidad.
Sensores de UltrasonidosModificacin de la distancia de objetos mediante la deteccin de ecos de ultrasonidos.Las ondas ultrasnicas tienen la capacidad de que cuando viajan por un medio cualquiera son reflejadas si encuentran en su camino una discontinuidad o algn elemento extrao.
La reflexin de la onda es debida a la diferencia de impedancias acsticas entre el medio y el objeto. El tiempo de espera entre el envo de la onda ultrasnica hasta su recepcin se denomina tiempo de eco, y es utilizado para determinar la distancia al objeto.
El elemento bsico es un transductor electroacstico, de tipo cermico piezoelctrico.La capa de resina protege al transductor contra la humedad, polvo y otros factores ambientales.
Absorbedores acsticos, se utilizan paraamortiguar rpidamentela energa acstica, para detectar objetos a pequeas distancias, ya que el mismo transductor se utiliza como emisor y como receptor.
Tienen muchos problemas: ngulo de incidencia de la onda sobre el objeto, temperatura: induce cambios en la densidad del aire => cambio en la velocidad de propagacin de la onda, aire, superficie del objeto, distancia mnima detectada, la forma de onda es cnica y solo detecta objetos dentro del cono del ultrasonido, falsos ecos, etc.
Sensores pticos AnalgicosMiden la cantidad de energa en Lumen
Fotorresistencias
Fotoclula
Fotodiodo
Fototransistor
Pila Solar
Fotorresistencia
Una fotoresistencia es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se originan de su nombre en ingls light-dependent resistor. Su cuerpo est formado por una clula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su smbolo elctrico.
Su funcionamiento se basa en el efecto fotoelctrico. Un fotorresistor est hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energa para saltar la banda de conduccin. El electrn libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores tpicos varan entre 1 M, o ms, en la oscuridad y 100 con luz brillante.Las clulas de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia segn la cantidad de luz que incide la clula. Cuanto ms luz incide, ms baja es la resistencia. Las clulas son tambin capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).La variacin del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la seal luminosa vara con rapidez. El tiempo de respuesta tpico de un LDR est en el orden de una dcima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rpidas de iluminacin que podran hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de da o es de noche) la lentitud de la deteccin no es importante.Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artculos de consumo, como por ejemplo en cmaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.
Tambin se fabrican fotoconductores de Ge:Cu que funcionan dentro de la gama ms baja "radiacin infrarroja".
Clula FotoelctricaUna clula fotoelctrica, tambin llamada clula, fotoclula o celula fotovoltaica, es un dispositivo electrnico que permite transformar la energa luminosa (fotones) en energa elctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotovoltaico.
Compuestos de un material que presenta efecto fotoelctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente elctrica que puede ser utilizada como electricidad.
La eficiencia de conversin media obtenida por las clulas disponibles comercialmente (producidas a partir de silicio monocristalino) est alrededor del 11-12%, pero segn la tecnologa utilizada vara desde el 6% de las clulas de silicio amorfo hasta el 14-19% de las clulas de silicio monocristalino. Tambin existen Las clulas multicapa, normalmente de Arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 42% con nuevos paneles experimentales.[citarequerida]La vida til media a mximo rendimiento se sita en torno a los 25 aos, perodo a partir del cual la potencia entregada disminuye.
Al grupo de clulas fotoelctricas para energa solar se le conoce como panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de clulas solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensin de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente elctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.
El tipo de corriente elctrica que proporcionan es corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensin, tendremos que aadir un inversor y/o un convertidor de potencia.
Fotodiodo
Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unin PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producir una cierta circulacin de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construccin, los fotodiodos se comportan como clulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensin muy pequea con el positivo en el nodo y el negativo en el ctodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.
Un fotodiodo es una unin PN o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energa llega al diodo, excita un electrn dndole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorcin ocurre en la zona de agotamiento de la unin, o a una distancia de difusin de l, estos portadores son retirados de la unin por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.
Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz.
Fototransistor
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la regin de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conduccin. El fototransistor es ms sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.
Un fototransistor es igual a un transistor comn, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas:
1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo comn).
2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminacin).
3. Puede utilizarse de las dos en formas simultneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexin de base como sin ella y tanto en cpsulas plsticas como metlicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lpices pticos, etc. Para comunicaciones con fibra ptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. Tambin se pueden utilizar en la deteccin de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores pticos (opto-switch), que detectan la interrupcin del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisin y de reflexin.
Para obtener un circuito equivalente de un fototransistor, basta agregar a un transistor comn un fotodiodo, conectando en el colector del transistor el catodo del fotodiodo y el nodo a la base.
Pila Solar
Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversin fotoelctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han aadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de ste y se dirigen a la superficie opuesta. All se recogen como corriente elctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.
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