1.INTRODUCCIÓN El control de motores eléctricos es un tema que ha adquirido gran importancia a partir de la automatización de los procesos industriales y de la incorporación cada vez mas notoria de la electrónica de potencia en el control de máquinas eléctricas, así como la aparición de productos para el mantenimiento del control de calidad, para aumentar la seguridad de las personas, incrementar la productividad y proporcionar información de tipo gerencial. Hoy en día en un ambiente típicamente industrial se pueden tener tecnologías convencionales ( tales como los motores eléctricos) combinadas con tecnologías de expansión (como los controladores programables) y nuevas tecnologías (como la fibras ópticas) operando todas en un sistema de manufactura, en donde se requiere que sean: programables, expandibles, confiables, de fácil mantenimiento y versátiles como factores de los sistemas de producción y que requieren de un conocimiento del equipo de control a nivel conceptual y de diseño. Es de vital importancia para alcanzar el éxito; que los estudiantes, los técnicos en mantenimiento, los ingenieros de proceso o bien los representantes de ventas, que adquieran un conocimiento claro de todos los elementos de un sistema de control de motores eléctricos. En esta guía de prácticas se describe con un enfoque práctico las condiciones de seguridad y de control de motores requeridas para un registro eficiente de una máquina aislada o de un conjunto de máquinas. La guía de prácticas se ha diseñado para que sea funcional, ya sea en un 1 ambiente educacional o industrial, sin importar el nivel (vocacional, nivel técnico medio, escuela técnica o ingeniería) tratando que en la aplicación se dé la orientación y el enfoque correcto. 2 2. JUSTIFICACIÓN El objeto de esta guía de prácticas es el de familiarizar a todas aquellas personas que lo utilicen, con los términos y conceptos que son fundamentales para un entendimiento adecuado del equipo de control para motores y sus aplicaciones. Debido a que la guía de prácticas no lleva la intención de servir como un texto de ingeniería, el material tratado en el mismo será de índole general. El estudio de las definiciones, símbolos diagramas e ilustraciones, sin embargo, proporciona al estudiante un sólido conocimiento del lenguaje y principios básicos asociados con el equipo de control para motores. En virtud de que el 90% de la totalidad de los motores utilizados son de Corriente Alterna (C.A.), los de Corriente Directa (C.D.) y su equipo de control no son discutidos en esta guía de prácticas. Los motores de rotor devanado y los de conmutador de C.A. que sólo tienen aplicaciones limitadas, también poco se incluyen. Los motores de inducción jaula de ardilla son los que se utilizan ampliamente. Por lo tanto, su control es el principal objetivo de esta guía de prácticas. El uso de altos voltajes (2400, 4800 y mayores), introduce requerimientos que son adicionales a los equipos para 600 volts y aunque los principios básicos no varían, estos requerimientos adicionales no se incluyen aquí. El objeto principal es el de establecer primeramente los lineamientos para la selección de equipo de control de motores y definición de algunos términos 3 así como dispositivos electrónicos. La función de protección del control de motores se describe posteriormente.básicos de control para motores. considerando el control manual y magnético. La variación entre contactores y arrancadores magnéticos se examinan posteriormente y la guía de prácticas concluye con una revisión de los relevadores de control y de tiempo y dispositivos pilotos. Las partes componentes del arrancador magnético son revisadas y son introducidos los diagramas eléctricos. 4 . ESPECÍFICOS: 1. 5 . Identificar el área de trabajo del laboratorio de Ingeniería Electromecánica del Instituto Tecnológico de Tuxtepec 2. Clasificar y seleccionar la información anterior. Recopilar la información del equipo en el laboratorio para desarrollar los experimentos. así como proporcionar al maestro una base metodológica que le permita adecuar a este formato las prácticas de otras asignaturas. 3. OBJETIVOS GENERAL: Proporcionar al estudiante una base para el desarrollo de prácticas que le permita: fomentar su creatividad enfrentándolo a situaciones en las que tenga que utilizar conocimientos adquiridos en ésta y otras asignaturas sin limitar sus habilidades.3. 4. Elaborar la guía de prácticas de la asignatura de controles eléctricos. variadores de frecuencia. controladores lógicos programables (PLC). CARÁCTERÍSTICAS DEL ÁREA El equipo con que cuenta el laboratorio de Ingeniería Electromecánica (IEM) en cuanto a controles eléctricos es muy antiguo. pero con el desarrollo de la electrónica. 6 . claro está que no se cuenta con equipos actuales. ya que la materia está actualizada desde el 2005. debido a una reforma educativa en donde se propone hacer prácticas con sensores. De aquí la importancia de elaborar una guía de prácticas de la asignatura de controles eléctricos plan de estudio IEM-2005-291 para la carrera de Ingeniería Electromecánica del Instituto Tecnológico de Tuxtepec. por lo pronto estará la guía de prácticas. son los clásicos. los que existen. proponemos se realicen prototipos para tales prácticas modernas.4. utilizados anteriormente por industrias de los años 90. lo eléctrico se ha automatizado y se puede decir que en la actualidad los controles eléctricos son modernos y por ello la guía de prácticas se ha elaborado con estos controles eléctricos modernos. pero a la par con los eventos de creatividad. etc. controladores electrónicos. se puede decir que son equipos de los controles eléctricos clásicos. La adaptación entendida como un concepto activo. La acción constituye la condición previa y necesaria para toda enseñanza. La inteligencia es la adaptación por excelencia. Actitudes que se verán favorecidas a través de la acción docente en la medida en que sea posible construir y organizar 7 . algo muy importante. se constituyen en el ser humano. La promoción del desarrollo intelectual tiene que partir de la actividad. a partir de acciones pensadas y desarrolladas cotidianamente en interacción con un medio concreto. a través de la interacción. Se establece que la actividad es un requisito del aprendizaje. Esta concepción de aprendizaje se explica a partir de la maduración y la experiencia. de inteligencia.5. de aprendizaje y. no sólo de copiarlo o reproducirlo mecánicamente. Existe un aprendizaje sólo a partir de la interiorización o abstracción de las propias acciones del individuo sobre los objetos. El aprendizaje es un proceso de incorporación cognoscitiva de elementos de la realidad a esquemas de pensamiento y de acción. no pasivo e irreflexivo. Interacción y experiencia son dos conceptos centrales a partir de los cuales es posible hablar de educación. Esta tarea va asociada a la espontaneidad y la creatividad. la maduración y la experiencia. es lo que se llama aprendizaje en sentido estricto. La tarea básica de todo estudiante es organizar en su pensamiento una porción de la realidad. se entiende ésta como un proceso operativo. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El conocimiento y la experiencia resultante. la acción docente constituye un reto ya que no se trata de entregar conocimiento digerido al estudiante. sino de organizar condiciones o ambientes que permitan la acción del propio estudiante. de manera que pueda tener acceso al conocimiento. A partir de estas condiciones. 8 .ambientes educativos adecuados. se necesita el apoyo económico del gobierno para equipamiento moderno. tiene prácticas con sensores. ya que en la actualidad se habla de automatización total.6. otra limitante es la capacitación necesaria para operar equipos modernos y poder fomentar la creatividad. 9 . ALCANCES Y LIMITACIONES ALCANCES La guía cuenta con la información actualizadas en cuanto a controles eléctricos modernos. LIMITACIONES La limitación por ahora es. que el laboratorio de Ingeniería Electromecánica no cuenta con equipos para controles eléctricos modernos. para diseñar prototipos que sean auto equipamiento poco a poco y lograr el objetivo. se espera cumplir las expectativas de las prácticas propuestas por el nuevo plan de estudios de la carrera de IEM. prácticas de control clásico con relevadores y métodos de arranque de motores eléctricos de inducción. sólo cuenta con equipos de controles clásicos. práctica con controladores electrónicos para hacer la comparación de tecnología con las prácticas anteriores y prácticas con PLC (controladores lógicos programables). con los procedimientos adecuados para la realización de cada práctica. 7. la carga y al operador. 1.1 Antecedentes Los controles de los motores eléctricos fueron desarrollados para controlar su operación. se han desarrollado y mejorado dispositivos de protección para los operadores y el equipo. inversión del sentido de rotación del eje y el cambio en la velocidad del motor. debido a que los arranques bruscos o súbitos pueden dañar a la carga. se deben considerar los requerimientos para velocidad y frecuencia. tales como: arranques y paros. el cambio de sentido de rotación del eje o flecha y el cambio en la velocidad de operación. también. proteger al motor. son funciones secundarias. Un controlador de un motor define y controla las acciones del motor.2 Funciones del controlador de un motor El arranque Un arrancador conecta directamente al motor a través de la fuente de voltaje. FUNDAMENTO TEÓRICO CAPITULO I: Elementos de control electromagnético para motores de corriente alterna 1. el arranque y paro 10 . La función primaria del controlador de un motor eléctrico es arrancar y parar motores. Algunos motores requieren de arranque lento. Antes de arrancar al motor. Como los controladores son cada vez más sofisticados. También el controlador de un motor puede controlar la operación del equipo auxiliar o de motores adicionales. otros controladores aplican una acción de frenado para detener la rotación del motor rápidamente. hasta parar el motor rápidamente. El circuito de control de la dirección consiste de contactores de frente y reversa. El Interbloqueo mecánico (y eléctrico. Control de la dirección Invertir la dirección de rotación de la flecha de un motor es un requerimiento común. Los controles de velocidad constante se usan en una unidad de accionamiento directo. Los circuitos de arrancadores con inversión pueden ser controlados en forma manual o automática.frecuente de motores puede producir que los contactos de arranque queden fuera de posición y se flameen. donde en velocidad constante se debe mantener bajas todas las condiciones de carga. Control de velocidad Las aplicaciones del motor varían en sus requerimientos de control de velocidad: 1. El paro Algunos controladores paran el motor en forma gradual. estos controladores pueden proporcionar un paro rápido en una emergencia. permitiendo al motor y su carga llegar cerca del alto. 11 . Algunos controladores aplican un par en la dirección opuesta de rotación. si el circuito es automático) previene que ambos contactores puedan ser energizados simultáneamente. 1. el tipo más popular en esta categoría es el arrancador manual a pleno voltaje para motores de potencia baja. Control manual de un motor. la frecuencia del motor y los circuitos de control. Los controles de velocidad variable. 3. Quizás. la corriente. Los controles de velocidad ajustable le permiten a un operador cambiar la velocidad del motor mientras está en operación. el tipo de motor y las funciones de control que 12 . Los motores requieren protección de acuerdo con el tipo de servicio.1.2. Existen varios factores de tipo general que deben ser considerados en la selección del equipo de arranque de un motor. Fig. son usados para reducir y aumentar la velocidad del motor cuando la carga aumenta o se reduce.3 Control manual Un controlador manual es aquel que tiene sus operaciones controladas o representadas a mano en el punto de localización del controlador. 1. los más obvios son el voltaje. Este arrancador es frecuentemente usado cuando la única función requerida es arrancar y parar el motor. El circuito de control más sencillo consiste de una estación de botones de arranque (start) .paro (stop) y un contactor mecánico que lleva el voltaje al motor. Fig. También el arrancador puede proporcionar protección contra sobrecarga al motor. en su versión más simple. Los arrancadores a pleno voltaje. requieren que los terminales del motor y los conductores de alimentación sean conectados. para proporcionar protección al motor. así como de las tarifas por tipo de servicio. Circuito de arranque típico. 13 .se requieran. cuando al botón de arranque se le retira la presión. los contactos del arrancador cierran y el motor arranca. esto se puede lograr usando un desconectador de navajas y. la decisión del uso de arrancadores a voltaje pleno o a voltaje reducido puede depender de la capacidad de conducción de corriente de las líneas de la compañía suministradora. Por lo tanto. 1.2. se acompaña con fusibles y una protección de operación. Cuando el 14 . se forzan contra los contactos fijos para completar el circuito eléctrico. 1. Los contactos de doble corte o apertura. Para aparatos del hogar. con lo que se logró una capacidad de contacto mayor (capacidad de corriente) en un espacio menor que los dispositivos diseñados con contactos de apertura sencilla. sólo usan un cordón con una clavija con un pequeño interruptor de palanca como apagador.4 Los contactores manuales Otra razón importante para una reducción sustancial en el uso de los desconectadores tipo navaja. Arrancador a pleno voltaje Para motores pequeños de tipo fraccionario o circuitos con baja corriente. y así se usa frecuentemente. si son normalmente abiertos (NA).Fig.3. como controladores directos. 1. un simple desconectador puede ser suficiente como arrancador. fue el desarrollo de los llamados contactores de doble contacto de apertura. se usan únicamente en el control de motores eléctricos. llamado la protección contra sobrecarga. el procedimiento se invierte. los arrancadores manuales. Un contactor manual es un dispositivo que abre y cierra normalmente un circuito eléctrico y. es un segundo componente en éste último. la mayoría de los contactos son de piafa con aleación de cadmio u óxido de cadmio. El arrancador se compone de un contactor y un dispositivo de protección contra sobrecarga. ya que como se ha mencionado. que los hace resistentes a los arcos eléctricos y tienen además una buena resistencia mecánica. es la introducción de nuevas aleaciones de metales. debido a que las normas técnicas para instalaciones eléctricas establecen como requisito. Cuando se usan contactos normalmente cerrados (NC). Otro aspecto que ha contribuido a hacer popular el uso de los contactores. sino también para proporcionar protección y evitar que se dañe el motor bajo situaciones de sobrecarga o de rotor bloqueado. Se debe puntualizar claramente que hay diferencia entre los contactores manuales y los arrancadores manuales. Una diferencia importante entre el contactor y el arrancador.contactor manual es desenergizado. si se usan contactos de doble interrupción o corte. En los contactores actuales. que un arrancador no sólo sirva para arrancar y parar. éstas están construidas de cobre suave. 15 . los contactos móviles se forzan para retirarse de los contactos fijos y el circuito se abre otra vez. en los interruptores de navajas. 16 . Para monitorear efectivamente el calor generado por la corriente excesiva y el calor creado por medio de la elevación de la temperatura ambiente. debido a que los fusibles o el interruptor termomagnético están ajustados para soportar de 6 a 8 veces la corriente nominal o de operación y entonces. se encuentra normalmente a distancia del motor. es por medio de relevadores de sobrecarga con aleaciones que se funden. el eje de éste no puede girar. se reduce la vida útil del motor en casi un año. es posible que el motor tenga una carga durante su operación. Como se ha mencionado antes. debe indirectamente monitorear las condiciones de temperatura de dicho motor. La temperatura ambiente es la temperatura del aire que rodea al motor. pero que sea suficientemente grande como para producir calor que pueda dañar al motor. De hecho. el motor demanda una corriente excesiva y se puede llegar a quemar. La protección contra sobrecarga es necesaria. y un valor normal considerado es 40°C. Dado que éste. Uno de los métodos más populares para proporcionar protección contra sobrecarga. se usa un dispositivo conocido como "bobina térmica" en combinación con medios sensores. de tal forma que. La función del dispositivo de protección contra sobrecarga es sensar esta condición y abrir el circuito.Se presenta rotor bloqueado cuando un motor se sobrecarga. el calor es el producto final que puede destruir el motor. En estas condiciones. se estima que por 1°C de elevación sobre la temperatura ambiente. si no se desconecta la alimentación. el relevador de sobrecarga debe medir la temperatura del motor. que no demande suficiente corriente como para fundir los fusibles o disparar el interruptor. para ser efectivo. Para los motores monofásicos que no tienen una alta frecuencia de operación. En los motores trifásicos que no requieren de una alta frecuencia de operación. 3. o los de 10 HP o menores que operan a 440/550 V. Trifásicos 1. Para los motores monofásicos de 1 HP o menores. se deben considerar los siguientes aspectos: Aplicaciones generales de los contactores y arrancadores manuales Monofásicos. En los motores trifásicos. Para tener un criterio apropiado de selección.Selección de los arrancadores manuales de corriente alterna Los técnicos electricistas pueden tener la necesidad de seleccionar arrancadores para instalaciones. 2. donde no se requiere protección de bajo voltaje. 17 . o bien. se deben especificar sus características para hacer la selección apropiada.5 HP y menores que operan a 220 V. 2. reemplazar a los existentes. donde no se requiere la protección de bajo voltaje. 1. en ambos casos. En los motores trifásicos de 7. interruptores (interruptor de presión). Arrancador manual Existen también dispositivos de control piloto para el motor. Estos dispositivos piloto incluyen sensores de temperatura. Fig. polvo. aceite. que protegen al operador de condiciones inseguras. En los motores trifásicos que no necesitan operación remota por estación de botones o interruptor de límite. Asimismo.4. paros de emergencia e 18 . Los gabinetes Los gabinetes proporcionan protección mecánica y eléctrica para el operador y para el arrancador.4. los gabinetes están diseñados para proporcionar protección en situaciones de: agua. 1. humedad y lugares peligrosos. así como de las asociaciones de manufactura de equipo.5. por ejemplo. Cuando los dispositivos piloto detectan una condición En la siguiente figura. Fig.5 Contactores de corriente alterna y directa 19 . 1. Algunas de estas recomendaciones son. se muestran algunos dispositivos piloto. 1. paran el motor. Ejemplos de Interruptores Los equipos del control de motores deben satisfacer los requerimientos y recomendaciones dadas en las normas técnicas para instalaciones eléctricas (NOM-001-SE-1994) y en el National Electric Code (NEC). adversa. los tamaños específicos de controladores basados en el voltaje del motor y el valor máximo de la potencia en HP para los motores trifásicos.interruptores de límite. El uso del solenoide. los cuales están activados por medios electromecánicos (acción de solenoides). representa una ventaja definitiva del contactor magnético sobre el manual. los magnéticos y los electrónicos. calefacción. se muestran a continuación dos conductores que conectan los contactos de un dispositivo de control a la bobina de un contactor 20 . En esta parte. así es como los circuitos de control se pueden denominar: circuitos de control de dos conductores y de tres conductores. se usan por le general para cargas de alumbrado. Control de dos conductores En el diagrama de línea. Con los contactores magnéticos y sus circuitos eléctricos asociados.Un contactor se define como un dispositivo para realizar en forma repetitiva operaciones de cierre y apertura en un circuito eléctrico. sólo se hará referencia a los contactores magnéticos. Alambrado con contactores Desde hace muchos años. el control remoto y la automatización. en lugar de la entrada manual en los controles. se puede diseñar un sistema que sería imposible realizar con un contactor manual. Se tienen dos tipos de contactores. transformadores y capacitores. ha sido común referirse a algunos circuitos de control por el número de conductores usados. Fig. se ilustra cómo el contactor puede funcionar automáticamente en respuesta a la condición del dispositivo de control. la bobina del contactor es desenergizada suspendiendo la carga. Un circuito de control de dos conductores proporciona restauración de energía a bajo voltaje. pero no protección. En el alambrado.magnético.6. Cuando los contactos del dispositivo de control abren. haciendo que ésta se energice y conecte la carga a la línea a través de los contactos de fuerza. los contactos pueden ser. completan el circuito de la bobina del contactor. de un interruptor flotador o algún otro dispositivo de contactos sostenidos. de un termostato. sin la atención del operador. Control de dos conductores Cuando los contactos del dispositivo de control cierran. esto significa que en el evento de una pérdida de 21 . 1. 22 Fig. éstos forman un respaldo de interbloqueo (memoria). Control de tres conductores Un circuito de control de tres conductores. el contactor se desenergizará. La protección de bajo voltaje no se proporciona en este circuito porque no hay forma de que el operador sea protegido del circuito una vez que sea reenergizado. produciendo con esto que la bobina magnética sea energizada. 1. a través del botón de arranque momentáneamente cerrado hacia la bobina y la protección de sobrecarga hacia 12. la corriente circula hacia el botón de paro (normalmente cerrado). Se usa un botón momentáneo de paro alambrado en serie con un botón momentáneo de arranque.7. el cual a su vez está alambrado en paralelo a un conjunto de contactos.potencia en el circuito de control. cuando el botón normalmente abierto (NA) de arranque se descomprime. pero podrá hacerlo si el dispositivo de control todavía está cerrado cuando el circuito ha restaurado la potencia. Control de tres conductores . como el mostrado en la siguiente figura. puede ser un circuito de memoria. 1. se abre el circuito a la bobina. Dado que los tres conductores que vienen de la estación de botones están conectadas al contacto en los puntos L 1 . también condiciona a que no se puede restablecer. La bobina. no sólo cae a bajo voltaje o cuando no hay voltaje presente. que básicamente tiene dos posiciones: “cerrado" y "abierto". En este tipo de arrancador. L2 Y L3. lo cual es válido para motores monofásicos pequeños. produciendo que el contactor se desenergice. pero también libera el sistema de control. es el del llamado interruptor de acción rápida.6 Arranque de motores a voltaje pleno Uno de los métodos más sencillos de arranque a voltaje pleno. hasta de 1 HP. el esquema de alambrado se le llamada de tres conductores. a menos que se tenga señal de voltaje y el operador vuelva a descomprimir el botón de arranque. El control de tres conductores proporciona protección en bajo voltaje. Una falla en la alimentación puede producir también una desenergización del contactor. el motor se conecta directamente a través de la línea durante el arranque. pero en este caso no se tiene la protección contra 23 . esto se puede lograr también con un simple desconectador de navajas.Oprimiendo el contacto normalmente cerrado (NC). manualmente antes que 2. que están definidos por: su capacidad en HP. con potencias de o 10 HP o menores. se provee de una protección contra sobrecarga. Estos se usan para controlar motores monofásicos de 1 HP o menores en 115 ó 220 volts. o bien motores 24 .sobrecarga. los arrancadores manuales para motores se deben montar en un gabinete protector. no requiere protección de sobrecarga. el número de polos. De acuerdo con las normas. El arrancador manual con interruptor o estación de botones de arranque-paro. El interruptor de arranque debe estar físicamente localizado cerca del motor y del circuito de control. el voltaje y el número de fases. que son mecánicamente sencillos y de operación silenciosa. El relevador de sobrecarga se debe restablecer los contactos se puedan volver a cerrar. Los arrancadores manuales se pueden clasificar como sigue: 1. El arranque de motores a voltaje pleno generalmente se hace por medio de arrancadores manuales. 3. Arrancadores manuales de HP fraccionarios. Las ventajas de usar arrancadores manuales son su bajo costo. los interruptores manuales se usan para controlar cargas distintas a motores. En forma típica. Tienen sensor térmico que abre los contactos un del arrancador. Los arrancadores manuales integrales de HP controlan motores de dos tres fases. ya sea para motores monofásicos o trifásicos. Cuando se detecta alta corriente. En la versión trifásica. Diagrama de conexiones para el arranque de un motor monofásico directo de línea. 1. Arranque de motores trifásicos de inducción En el caso de los motores trifásicos de inducción del tipo jaula de ardilla.8. o bien. El método de arranque en este tipo de 25 . se requiere de un relevador de sobrecarga con tres sensores de sobrecarga.monofásicos hasta de 5 HP. Fig. de acuerdo con las normas NEMA. Los arrancadores manuales con protección para bajo voltaje. tienen un solenoide de ciclo de trabajo continuo que se energiza con el voltaje. un sensor para cada una de las fases. aplicando voltaje reducido al estator. se pueden arrancar conectándolos directamente al voltaje de la línea de alimentación. En el arranque a voltaje pleno. como son: el voltaje y capacidad de la línea de alimentación.. de presión. así como. un interruptor de palanca. Los arrancadores manuales para motores trifásicos se usan para controlar y proteger pequeñas cargas de motores. tipo flotador. un termostato. desde un simple desconectador de navajas. etc. o bien. Esta corriente de arranque puede producir caídas de voltaje significativas. tanto los fusibles. Existen algunos aparatos. etc. de arrancadores se puede usar en circuitos con voltajes hasta 575 volts. cuando se presentan corrientes de arranque muy elevadas en éstos. el tipo de carga. la principal desventaja es que la corriente de arranque es elevada. cargas no inductivas. como las lámparas incandescentes. que pueden afectar a otras cargas conectadas al mismo alimentador. se deben calcular para poder conducir las corrientes de arranque durante el período de aceleración. Otro aspecto a cuidar es el impacto mecánico que se puede producir en ciertas cargas accionadas por motores eléctricos. conectando el motor directamente al circuito que lo alimenta. como los interruptores termomagnéticos. emplean en general en aplicaciones para motores trifásicos donde el motor: 26 . ya que es de 5 a 6 veces la corriente a plena carga del motor. máquinas. herramientas de alta precisión. y pueden ser de los llamados controles de dos y tres alambres. que son muy sensibles al cambio de voltaje. es decir.. Los arrancadores a voltaje pleno para motores trifásicos pueden ser de distinto tipo.motores depende de varios factores. de límite. • No se requiere de operación remota. con potencia hasta de 7.5 HP. (Disponibles para motores trifásicos de hasta 600 volts y 10 HP). y tienen protección contra sobrecarga). Circuito de control de dos alambres para motor trifásico con arranque a voltaje pleno . en transportadores. • Arrancadores manuales de potencia en HP integral (para motores de 10 HP o menores. • Tiene voltaje nominal de 380 volts hasta 575 volts y potencia hasta de 10 HP. 27 Fig. • No se requiere de frecuentes arranques y paros. de carpintería.• Tiene voltaje nominal entre 208 volts y 230 volts. Los tipos de arrancadores trifásicos manuales son: • Interruptor de arranque manual para motor. • Arrancador manual de potencia en HP integral con protección de bajo voltaje (aplicables en motores que accionan maquinaria en la industria metal-mecánica. 1. etcétera).9. pasa a través del botón de paro normalmente cerrado y los contactos de los relevadores de sobrecarga que están normalmente cerrados. Algunos circuitos prácticos de control del motor trifásico pueden desempeñar muchas funciones.10. Un circuito de control del motor es el siguiente: Fig. Circuito de control del motor El circuito del motor trifásico se controla por la bobina del contactor magnético (B) en la figura correspondiente al circuito de control. ya que energizando la bobina se cierran los contactos del motor. entonces. es común en circuitos para motores trifásicos que no tienen gran potencia. Cuando el botón de arranque se oprime y se descomprime.El control de dos alambres o conductores. 1. La bobina energizada del contactor del motor cierra los contactos principales del 28 . la corriente por L1 y L2 circula a través de la bobina del contactor del motor B. abre al menos uno de los contactos normalmente cerrados. El motor se para y no vuelve a arrancar hasta que el botón de arranque se oprime y descomprime nuevamente. el cual desactiva la bobina (B) del contactor del motor y suelta los contactos B a través del botón de arranque. con lo que se deben interrumpir las tres fases. 3. aunque sea momentáneamente. entonces. 2. de manera que el circuito permanece energizado. la bobina del contactor del motor suelta el bloqueo (interlock) del botón de arranque. con lo cual se sobrecalientan los elementos térmicos localizados en las líneas de alimentación del motor y. el cual se cierra a través del botón de arranque. aún cuando el voltaje sea normal. Por sobrecarga del motor. El motor para únicamente con interrumpir momentáneamente el circuito de control.motor y éste arranca. Descomprimiendo el botón de arranque. hasta que se oprima otra vez el botón de arranque. El motor no puede arrancar otra vez. La operación del motor se puede siguientes: lograr por cualquiera de las formas 1. Cuando el voltaje baja suficientemente. La bobina del motor (B) cierra simultáneamente al contacto auxiliar B. 29 . Fig.11. 1. Aplicación del Interruptor de nivel o flotador El circuito de control correspondiente se puede presentar para operación automática en la siguiente forma: Fig.12. 1. industrias y casas habitación. que se usa para el bombeo de agua en edificios. Circuito de control automático del Interruptor de nivel. 30 . Este circuito está diseñado para operar en forma automática. es el de "interruptor flotador" o de nivel.Una aplicación clásica del control por dos alambres. Una variante del interruptor de nivel es el llamado "Manual . Fig. 31 . controla la operación del interruptor flotador que proporciona control automático en C.Fuera -Automático" que es un selector que sostiene al contacto del interruptor. completando el circuito en L1 y L2. La corriente circula a través de la bobina (B) y cierra el contactar del motor. Una sobrecarga en el motor produce que la unidad térmica del relevador opere abriendo los contactos normalmente cerrados. Diagrama esquemático para un arrancador trifásico magnético con dos alambres de control El movimiento hacia arriba y hacia abajo del flotador colocado en un tanque. el interruptor flotador reabre el circuito y el motor se detiene. Las sobrecargas se restablecen normalmente en forma manual. de manera que permite verificar y corregir la causa de la sobrecarga. los cuales también paran al motor. a los arrancadores magnéticos y dirige en forma automática al motor.Cuando el nivel del agua se eleva. o C. 1.13. Cuando el nivel de agua desciende. y de esta manera arranca éste. el interruptor del flotador cierra.D.A. El circuito es el mismo que el descrito anteriormente. 1. son específicamente dispositivos. En la posición manual.El interruptor flotador o de nivel puede arrancar o parar una banda.15. el interruptor-flotador se puentea para poder probar el motor. como estaciones de botones del tipo "arranque-paro" y termostatos de doble acción. Circuito de control de tres alambres 32 . Fig. Interruptor flotador Control de tres alambres Los controles de tres alambres o conductores. En la posición de fuera. para que opere con control manual en forma independiente del interruptor-flotador. o bien. de acuerdo al cambio en el nivel del líquido.14. El circuito básico para este sistema de control es el siguiente: Fig. 1. el circuito entre Li y La no está completo y el motor no opera en la posición de automático. Arrancadores magnéticos de línea Los arrancadores mencionados anteriormente. El diagrama de alambrado los puntos de arrancador se muestra a continuación. En la figura anterior. entonces. Cuando oprime el botón de parada. 1.16. el circuito se cierra a través de la bobino (1 y. se cierran los contactos B en el circuito del motor. el circuito se abre.Al oprimir el botón de arranque. indicándose los puntos de referencia. Diagrama esquemático para un arrancador trifásico magnético con control de tres hilos. la bobina (B) pierde energía se abren los contactos del motor. el diagrama de la estación de botones es una representación física de los elementos internos y sus conexiones con arrancador en numerados. corresponden al tipo magnético. quedando desenergizado el circuito. Fig. cuyo uso es común cuando se tiene necesidad de controlar un motor desde un 33 . 17. Diagrama esquemático de un arrancador magnético El contactor magnético Tiene tres contactos de uso rudo y un pequeño contacto auxiliar Ax. como en la figura anterior. un relevador térmico y una estación de botones. por la letra (A).punto remoto. o bien. por la letra (B). Tanto los contactos A como los auxiliares Ax permanecen cerrados mientras la bobina (A) está energizada. 1. 34 . Fig. El arrancador tiene tres componentes principales: un contactor magnético. se muestra un arrancador magnético típico y su correspondiente diagrama de conexiones. Los contactos A deben ser suficientemente grandes como para conducir la corriente de arranque y la corriente nominal de plena carga sin que se sobrecalienten. En la figura siguiente. La bobina del relevador se puede representar. 0 como mínimo.1. Por lo general. Algunos motores de 10 HP pueden también impulsar con seguridad cargas de 11 HP ó 12 HP en forma continua.2 respectivamente. El dispositivo de protección contra sobrecarga se debe seleccionar para disparar con una capacidad no mayor del siguiente porcentaje de la corriente a plena carga del motor. forma parte también del conjunto del relevador que abre cuando éste se calienta demasiado y permanece abierto hasta que el relevador se restablece manualmente. el dispositivo de sobrecarga se avanza gradualmente hasta un máximo de 140%.7 El relevador térmico Protege al motor contra sobrecargas sostenidas (SC). un motor de 10 HP puede operar con seguridad con 10 HP y tiene un factor de servicio de 1. El relevador tiene tres elementos térmicos individuales conectados uno por fase.15. en este caso se dice que tienen factores de servicio de 1. Por ejemplo. Un contacto normalmente cerrado T. los dispositivos de protección contra sobrecarga se ajustan al 125% de la corriente de placa a plena carga para factores de servicio de hasta 1. La capacidad de este dispositivo de protección contra sobrecarga está asociada también al llamado factor de servicio que identifica la sobrecarga continua que un motor de una potencia dada puede soportar con segundad. 35 .1 ó 1. Si el motor se ve afectado en forma adversa en su arranque o en su operación. 18). por lo que es prácticamente imposible energizar las bobinas A y B simultáneamente. se puede presentar un cortocircuito que dañe los contactos.Cuando el relevador de sobrecarga seleccionado. no es suficientes para arrancar el motor o para conducir la carga. para lo cual se tiene que pasar por la posición de desconectado o fuera (posición 0). en la dirección de marcha de frente. 36 . el interruptor de tambor cierra los contactos. con la limitante de que no excedan los siguientes porcentajes de las corrientes a plena carga de los motores. se pueden seleccionar los siguientes valores más altos de relevadores de sobrecarga. de acuerdo con las recomendaciones anteriores. es necesaria que se disponga de la posibilidad de invertir el sentido de rotación. produciendo que el contactor A cierre. se mueve el interruptor a la posición 2. por algún desperfecto en el interruptor de tambor. se sabe que para invertir el sentido de rotación es suficiente con intercambiar dos conductores de fase. lo cual se puede lograr mediante el uso de dos juegos de contactores magnéticos A y B. Para invertir el sentido de rotación. Control para inversión del sentido de rotación del motor En algunas aplicaciones industriales de los motores eléctricos. los cuales energizan a su vez la bobina a del relevador (ver figura 1. y un interruptor manual de posición del tipo tambor. En el estudio de los motores de corriente alterna. Cuando ocasionalmente no ocurre esto. como se muestra en la figura. Para operación normal. por lo que es necesario que sean controlados. Un circuito de control de paso en su forma elemental. Esto 37 . de manera que puedan arrancar y parar rápidamente en movimientos pequeños. los contactos se conservan en esta posición para mantener al motor en operación. Fig. los motores eléctricos deben ajustar con precisión su posición. 1. de manera que sea físicamente imposible para ambos cerrar al mismo tiempo. se muestra en la figura siguiente. Insertando el botón de paso o empuje. la bobina de arranque del motor (B) se energiza oprimiendo momentáneamente el botón de arranque.Para eliminar este riesgo. los contactos se montan en lados opuestos y se bloquean mecánicamente. Esto se conoce como una operación de "empuje" o de "paso".18. Diagrama simplificado de un arrancador magnético con inversión del sentido de rotación. Control de empuje ligero En algunas aplicaciones. el motor se desenergiza antes de que se inicie la operación de empuje o paso. o bien.ocurre cuando se oprime el botón de "paso".8 Arrancadores a voltajes reducidos Algunos equipos industriales se deben arrancar en forma gradual. de manera que se puede arrancar y parar rápidamente en sucesiones de presión del botón. 1. Fig. El tiempo de duración de la operación se puede controlar en forma manual con el botón de paso. de manera que la circulación de corriente a la bobina se interrumpe. debido a que la corriente de arranque es muy elevada. como es el :aso de máquinas que procesan productos frágiles.19. empleando un autotransformador. ya sea conectando resistencias (también reactancias) en serie con la línea de alimentación al motor. En el arranque a voltaje reducido se debe tener en consideración que: 38 . Diagrama simplificado de un circuito de control de paso. en este tipo de casos. el voltaje de arranque aplicado al motor se debe reducir. 1. en seguida se hace el contacto en las terminales inferiores para volver a energizar la bobina. En otras aplicaciones industriales no se pueden conectar los motores directamente a la línea. b) El par a rotor bloqueado es proporcional al cuadrado del voltaje. La corriente de entrada debe pasar a través de estas resistencias para producir una caída de voltaje. si se reduce el voltaje a la mitad. bajo estas condiciones. es decir si se reduce el voltaje a la mitad.a) La corriente a rotor bloqueado es proporcional al voltaje. Para estos casos. se puede usar como alternativa una de las variantes. el cual es llamado arranque con resistencia primaria. está en serie con las resistencias. los motores eléctricos más grandes pueden tomar una corriente de arranque de 6 a 8 veces la corriente de operación. el par se reduce a la cuarta parte. . el otro conjunto de contactos cerrará. Diagrama esquemático simplificado de un arrancador a voltaje reducido con resistencias primarias y circuito de control. es decir. la corriente se reduce a la mitad. el motor arranca con una velocidad reducida. El lado primario (de alimentación) de un motor se controla por dos grupos de contactos localizados en cada conductor de entrada. el arranque por resistencia. Después de un tiempo predeterminado. cortocircuitando y dejando fuera las resistencias aplicando voltaje pleno para acelerar el motor a plena velocidad 39 Fig.20. Arranque con resistencia primaria Como se ha indicado antes. 1. El conjunto de contactos que se cerrará primero. 40 . Si se desea una velocidad mayor. los contactos 1A cierran para dejar fuera tres de las resistencias (poniéndolas en cortocircuito). B Son contactores magnéticos.RA Representa un pequeño relevador auxiliar que tiene dos contactos normalmente abiertos RT Relevador de tiempo retardado que cierra el circuito de la bobina (B). Después de un tiempo predeterminado. después de un tiempo predeterminado A. donde se muestra el lado primario de un motor con control de tres velocidades. de tal manera que cuando los contactos del relevador de arranque del motor cierran. con sus contactos asociados Un segundo método para variar la velocidad de un motor de inducción de rotor devanado se observa en la figura siguiente. Se usan 6 resistencias y se alambran. se cerrarán los contactos 2A para eliminar el efecto de las tres resistencias. el motor ahora opera a plena velocidad. la corriente circula por las 6 resistencias para arrancar el motor a baja velocidad. esto incrementa la velocidad del motor. por medio del mismo procedimiento de conectar en cortocircuito a través de los contactos. 21. por otra parte. Fig. la transmisión del voltaje reducido del arranque al voltaje pleno no es suficientemente "suave". La desventaja principal es que el costo de los autotransformadores es superior al obtenido con arranque por resistencia y.El motor puede nuevamente reducir su velocidad reabriendo cualquiera de los conjuntos de resistencias 1A ó 2A. Todas las resistencias y los contactos 1A y 2A con sus bobinas asociadas. 1. el arranque por autotransformador demanda una corriente de línea más baja que la que se obtiene con el arranque por resistencia primaria. Diagrama de arranque del motor con resistencias secundarias Arranque con autotransformador Para un par dado. 41 . 1A y 2A son prealambradas como parte del arrancador del motor a tres velocidades. El contacto en paralelo con el botón de arranque se cierra tan pronto 42 . los valores del par de arranque correspondiente a rotor bloqueado. 1.Los autotransformadores tienen por lo general derivaciones (TAPS) para dar voltajes de salida de 80. En la figura siguiente. Diagrama esquemático simplificado de un arrancador con autotransformador De la figura anterior.22. 65 y 50 porciento de voltaje nominal. se muestra un arrancador sencillo que usa dos autotransformadores conectados en delta abierta que tienen una derivación del 65%. Fig. RT es un relevador de tiempo retardado que tiene tres contactos. Este transitorio es severo para los contactos y produce un shock mecánico también. los contactos A y B se bloquean mecánicamente para prevenir que se cierren simultáneamente. se alcanza un par elevado. Con esta acción. Algunos segundos después los dos contactos RT que están en serie con las bobinas A y B respectivamente. se presenta un transitorio a través de la línea. abren y cierran. debido a que estos elementos operan sólo 43 . Los otros dos contactos operan después de un cierto retraso.como la bobina RT se energiza. El contactor A queda fuera. esto crea un problema debido a que cuando el contactor B cierra. seguido en forma casi inmediata por el cierre del contactor B. En la transferencia del contactor A al contactor B. debido que el voltaje terminal es entonces mayor que el 65% que es el valor que existe en el momento de arranque. el motor se desconecta momentáneamente de la línea. que depende del ajuste que se de el relevador. Cuando el motor alcanza el 90% de su velocidad síncrona con resistencias de arranque. El contactor A puede cerrar tan pronto como el botón de arranque se deje de presionar. esta operación excita al autotransformador y aparece un voltaje reducido en las terminales del motor. se aplica se aplica voltaje pleno al motor y en forma simultánea se desconecta el autotransformador de la línea. como en el de los arrancadores con resistencias. Tanto en el caso de los arrancadores con autotransformador. control de velocidad. en la forma en cómo es aplicado. se puede obtener una reducción considerable en su tamaño. construcción. aceleración. En muchos casos. por ejemplo.períodos cortos de tiempo. El concepto "Control del Motor" se refiere básicamente a las funciones disponibles de un controlador de motor. arranque y paro. 2. CAPÍTULO II: Elementos y dispositivos de control electromagnético 2.2 Introducción a los diagramas y símbolos 44 . instalación y mantenimiento del equipo. desaceleración. para controlar a estos motores en función de la aplicación a desarrollar. inversión de sentido de rotación. se debe considerar lo necesario. en el diseño.1 Antecedentes Los motores eléctricos constituyen una de las principales fuentes de energía mecánica para distintas aplicaciones industriales. el motor está incluido como parte integral de algunas máquinas. comerciales y de la vida diaria. Por lo anterior. es básica cuando se usa maquinaria industrial. de alambrado. El diagrama de línea indica en un tiempo relativamente corto. (2) cómo fluye la corriente a través de las distintas partes del circuito. es mediante el uso de los llamados diagramas de línea o de escalera. para indicar el flujo de corriente a través de los distintos dispositivos. Diagramas de línea (diagramas de escalera) La forma básica de comunicación en el lenguaje de control electromagnético. La electricidad industrial está relacionada en primer lugar con el control del equipo eléctrico industrial y sus procesos relacionados. como son: el diagrama de aloques. Existen los diagramas relacionados con este equipo. Los cuales consisten de una serie de símbolos interconectados por medio de líneas. de disposición. El diagrama de línea muestra básicamente dos cosas: ( 1) la fuente de alimentación (que se muestra a veces con la línea mas gruesa). una serie de información que se relaciona y que podría tomar muchas palabras para su explicación. los isométricos y los diagramas de construcción. tener la habilidad para leer diagramas esquemáticos.El control de la energía eléctrica. como son: estaciones de 45 . aunque hay distintos tipos de diagramas relacionados con el equipo eléctrico. Cuando se trabaja con equipo eléctrico industrial. es necesario y fundamental. de interconexión. por lo general con líneas más delgadas. Debe además proporcionar simplicidad haciendo énfasis únicamente en la operación del circuito de control. 46 . Los diagramas de línea se usan para diseñar modificar o expander circuitos.1. bobinas. Un diagrama de línea no muestra la localización de cada componente y su relación con otras componentes en el circuito..botones. Un diagrama de línea (diagrama de escalera) es un diagrama que muestra la lógica de un circuito de control en su forma más simple. Diagrama de escaleras Circuitos de control manual Un diagrama básico de control expresado en la forma de diagrama de línea. que se muestran en los diagramas. etc. contactos. es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara. Fig. debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito opere. El diagrama de línea está orientado a mostrar la parte de los circuitos que es necesaria para la operación del controlador. 2. El circuito se considera manual. motores y otros elementos. la simbología representa una forma de expresión o un lenguaje para las personas familiarizadas con el tema. desde luego. El lenguaje de control de motores. Cuando se alimenta con voltaje de corriente directa. existen disposiciones de tipo convencional para el uso de símbolos usados en el control de motores eléctricos para la industria. consiste en símbolos que permiten expresar una idea o para formar el diagrama de un circuito que se pueda comprender por personal debidamente capacitado en el tema. contactos. 440 V ó 2 300 V en corriente alterna. se muestra el diagrama de línea con los símbolos y el diagrama físico de cada componente para ilustrar el aspecto real de éstas y de su representación. Diagrama de alambrado y diagrama esquemático Un diagrama de alambrado ilustra la localización física de todas las componentes. Simbología Como en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad. debe indicar la polaridad con signo (-ó +) y los voltajes pueden ser: 50 V.1.200V ó 250 V. que se muestran en la posición 47 . bobinas.En la figura 2. que las líneas gruesas y obscuras L1 y L2 representan la alimentación (de fuerza) al circuito. el voltaje de alimentación se debe indicar en alguna parte del circuito y puede ser: 220 V. 100 V. Obsérvese en el diagrama de línea. por ejemplo.real que tienen en una instalación. hacer más sencilla la forma de determinar el número requerido de conductores entre los distintos puntos de un circuito. El diagrama de alambrado puede.2. 48 Fig. 2. Símbolos gráficos para diagramas eléctricos . pero puede ser que se dificulte trazar el circuito mismo. . Continuación. 2.49 Fig.2. Símbolos gráficos para diagramas eléctricos . 50 . Cuando se asignan números de referencia a los conductores. de acuerdo al ingeniero o diseñador. no tiene normalmente asignado un número de referencia. 2.Fig. Cualquier conductor que esté prealambrado cuando se compra una componente. Símbolos Comunes usados en el control de maquinas eléctricas. para mantener la trayectoria de los diferentes conductores que conectan a las componentes en el circuito. Los sistemas de numeración exactos varían de fabricante a fabricante. Los números de referencia están normalmente asignados de la parte superior a la izquierda a (a parte inferior a la derecha. se pueden usar diferentes asignaciones. 51 . Cada punto de referencia está asignado a un número de referencia. Los conductores que están asignados a un número varían de 2 al número requerido por el circuito. Asignación de números de referencia Cada alambre o conductor en un circuito de control está asignado a un punto de referencia sobre un diagrama de línea. cualquier conductor que está siempre conectado a un punto está asignado al mismo número.3. cuando éstos se asignan. o bien. 4 y L2.4. 2. Cualquier conductor conectado a este punto está todas las veces relacionado con 1. el control de motores eléctricos se ha asociado tradicionalmente con el estudio de los dispositivos eléctricos que intervienen para cumplir con las funciones descritas en el párrafo anterior. no sólo se refiere a los dispositivos 52 . aceleración. 3. Los cinco puntos de referencia sobre el circuito pueden estar dados en cualquiera de los siguientes grupos mostrados en la figura: Fig. 2. 2. un diagrama de línea tiene cinco puntos de referencia. está relacionado con el arranque. El sentido que se pretende en este capítulo.Por ejemplo. Por otra parte. B primer punto de referencia está designado como 1 ó L1.3 Controladores El concepto de control de motores eléctricos en su sentido más amplio. en la actualidad el concepto de control de motores eléctricos. Números de referencia. Los puntos de referencia están asignados como los números 1. sin embargo. desaceleración y frenado de un motor y su carga. reversa. comprende todos los métodos usados para el control del comportamiento de un sistema eléctrico. por lo mismo. nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranque o paro del motor. Cada circuito de control. Un dispositivo que arranque al motor por pasos o para invertir su sentido de rotación. por simple o complejo que sea. también a dispositivos electrónicos. cuyo estudio se relaciona con la llamada electrónica de potencia. lo cual da un mayor grado de complejidad a los circuitos de control y. sino también en la variedad de circuitos para industriales. presión. como son: temperatura. también una estación de botones para arrancar a éste en forma local o a control remoto. El principio de operación de estos componentes es 53 . y que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad al circuito. no sólo en las componentes. su estudio requeriría de mayor detalle. está compuesto de un cierto número de componentes básicas conectadas entre sí para cumplir con un comportamiento determinado.eléctricos convencionales. con un comportamiento en forma determinada y en condiciones normales de operación. distintas funciones que se presentan en las instalaciones El controlador puede ser un simple desconectador (interruptor) para arrancar y parar al motor. Dispositivos de control El controlador de un motor eléctrico es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y paro. puede hacer uso de las señales de los elementos por controlar. Lámparas piloto. 5. 2. constituyen uno de los medios más elementales de control. Se construyen con navajas para dos líneas (motores monofásicos) o tres líneas (motores trifásicos). y su tamaño varía dependiendo de la potencia del motor que va a controlar. límite y otros tipos. 4. son los que a continuación se mencionan: 1. ya que conectan o desconectan a un motor de la fuente de alimentación. 8. Interruptor de nivel. 54 . Interruptores termomagnéticos. aún cuando la variedad de componentes para los circuitos de control es amplia. 7. Desconectadores (interruptores) Los desconectadores. 9. también conocidos como interruptor. Relevadores de control. Estaciones de botones. Relevadores térmicos y fusibles. Contactores magnéticos. Desconectadores (interruptores) tipo tambor. Desconectadores (interruptores).el mismo. 3. las navajas abren o cierran simultáneamente por medio de un mecanismo. Los principales elementos eléctricos para este fin. 6. 55 . se encuentran alojados en una caja metálica y tienen un fusible por conductor. excepto que en estos interruptores se puede abrir en forma automática cuando el valor de la corriente que circula por ellos. 2. Desconectadores Interruptores termomagnéticos Un interruptor terrnomagnético manual permite abrir y cerrar un circuito. excede a una cierta cantidad previamente fijada. en forma análoga a las cuchillas desconectadoras (interruptor).5. Fig.Por lo general. Están diseñados para conducir la corriente nominal por un tiempo indefinido y para soportar la de cortocircuito por períodos breves de tiempo. Diagrama de alambrado de un desconectador trifásico.6. en tal forma que. cuando se abra tiendan a caer por gravedad. 56 Fig. con respecto al nivel del suelo. Interruptores termomagnéticos La altura. Las normas técnicas para instalaciones eléctricas establecen que las navajas del desconectador estén colocadas o montadas. tienen la ventaja sobre los desconectadores (interruptor) que no requieren del uso de fusibles. 2. como se muestra en la figura siguiente: Fig. a que se debe montar la caja que contiene al desconectador no debe ser inferior a 1.80 m.Después de que estos interruptores abren (disparan).7. se deben restablecer en forma manual. . 2. 8. Se usan en motores de potencia pequeña o como dispositivos de control en motores con arrancadores magnéticos. Estos contactos permiten obtener las posiciones de abierto y cerrado con una secuencia determinada por medio de una navaja rotatoria. 57 Fig. es básicamente un desconectador (interruptor) que se activa por medio de la presión de los dedos. Normalmente se usan resortes en los botones para regresarlos a su posición original después de ser presionados. 2.Desconectador (interruptor) tipo tambor Los desconectadores tipo tambor son dispositivos manuales que tienen un grupo de contactos fijos e igual número de móviles. de manera que dos o más contactos cierran o abren cuando se quita la presión. . Estaciones de botones Una estación de botones. Diagrama de alambrado de una estación de botones con lámpara piloto. es posible controlar un motor desde tantos puntos como estaciones se tengan. 58 Fig. accionando los contactos. La bobina produce un fuerte campo magnético que atrae una armadura móvil. es un interruptor electromagnético que se emplea como dispositivo auxiliar en los circuitos de control de arrancadores de motores grandes o directamente como arrancadores en motores pequeños. Diagrama de alambrado de un control tipo tambor .9. Por lo general. 2. Relevadores de control Un relevador de control. de esta manera. El relevador electromagnético abre y cierra un conjunto de contactos cuando su bobina se energiza. los relevadores de control se usan en circuitos de baja potencia y pueden incluir relevadores de tiempo retardado que cierran y abren sus contactos en intervalos de tiempo definidos.En una instalación eléctrica puede existir más de una estación de botones. 10. como se muestra a continuación: Fig. 2.La representación de los relevadores se hace por medio de símbolos convencionales. Relevador con 4 contactos NA y 4 NC Relevadores térmicos y fusibles 59 . es un dispositivo sensible a la temperatura. Contactores magnéticos Un contactor magnético es esencialmente un relevador de control grande que está diseñado para abrir y cerrar un circuito de potencia. para evitar que se dañen los contactos por las repetidas operaciones de apertura y cierre a que se ven sujetos. Los relevadores térmicos son dispositivos de retardo de tiempo en forma inherente. Existen también contactores que operan con corriente alterna. por lo general. Estos fusibles existen en una gran variedad y son intercambiables. cuyos contactos abren o cierran cuando la corriente del motor excede a un límite preestablecido. Hay relevadores del tipo aleación fusible que no se pueden graduar. posee un relevador de bobina que activa a un conjunto de contactos y se usan para controlar motores desde 1/2 HP hasta varios cientos de HP. que están sostenidos 60 . poseen un sistema de extinción de arco eléctrico por soplo magnético. no puede seguir en forma instantánea a los cambios de la corriente. también conocido cómo (elevador de sobrecarga. pero que ofrecen una protección confiable contra sobrecarga. La corriente circula a través de un elemento de calentamiento pequeño que alcanza temperatura del relevador.Un relevador térmico. debido a que la temperatura. alojándose en el propio arrancador. la temperatura. la dirección de rotación. el nivel de líquidos. Relevadores de control de tiempo. es un interruptor de baja potencia que tiene un dispositivo de contacto tipo grapa. Interruptor límite y tipo especial Un interruptor límite. son: • • • • Interruptor de flotador. • Interruptores de velocidad 61 .mecánicamente. Lámparas piloto Las lámparas piloto se usan como elementos auxiliares de señalización para indicar posición de "dentro o fuera" de una componente remota en un sistema de control. como son: la presión. etc. Interruptores térmicos. Este elemento puede ser sensitivo a distintos tipos de señales. Interruptor de presión. cuya acción depende de la posición de un elemento mecánico. Algunos otros tipos de interruptores denominados especiales. éstos son dispositivos electromecánicos que proporcionan un medio seguro y eficiente en los circuitos de interrupción. Principio de operación y control de un sistema de bombeo con interruptor de nivel . 2.62 Fig.11. Las funciones de lógica común se aplican a distintos circuitos eléctricos. La función lógica depende de la relación entre las señales de entrada y salida de un circuito. Las cargas típicas son: lámparas. not. los nombres para las funciones lógicas comunes incluyen and. motores. elementos de calefacción y solenoides.Lógica básica de switcheo Funciones lógicas Los circuitos de control están diseñados para desarrollar una función específica. es la manera o forma en como funciona un circuito. Las entradas son los interruptores que arrancan o paran el flujo de corriente a las salidas. Las salidas son las cargas que usan la electricidad entregadas por los switches para producir trabajo. or. La lógica. 63 . nor y nand. Un circuito es activado cuando los contactos del interruptor son switcheados manualmente (estación de botones). mecánicamente (interruptor límite) o automáticamente. 64 . Fig. 2.12. Funciones lógicas básicas 65 Fig. 2.12. Funciones lógicas básicas (continuación) Interruptor de flotador Este, como el anterior, es un interruptor de baja potencia de mando que convierte una acción de tipo mecánico dada por el nivel o posición del agua en una señal eléctrica que actúa en el circuito de control del motor para arrancar o parar. Su uso más frecuente se encuentra en bombeo, o bien del tipo hidroneumático; su función principal, es mantener los valores límite (definidos por límite máximo y límite mínimo) en cisternas y tinacos. Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo principio y están constituidos por un conjunto de contactos que se accionan por dispositivos mecánicos, ajustando los rangos de apertura y cierre. Interruptor de presión 66 En procesos industriales donde se maneja: aire, gases, aceite, agua, etc., los cuales deben estar a presión, es necesario que existan elementos de control que respondan a estas señales. Estos elementos son los interruptores de presión, que se diseñan de diferentes tipos y presiones, con muelles o diafragmas. Muelles débiles para bajas presiones y muelles reforzados para altas presiones. El principio de operación es el mismo en todos los tipos. La presencia o la falta de presión en el elemento controlador acciona a los contactos respectivos, se ajustan para operar con presiones diferenciales entre la conexión y desconexión, estos ajustes están normalmente en el rango de 3 a 1 y de 10 a 1. Interruptores térmicos Cuando existe equipo que requiere del control de temperatura en forma automática, se usan los llamados interruptores térmicos, que son básicamente termostatos que emplean elementos bimetálicos (termopares), como sensores de la temperatura. Estos, accionan sobre el grupo de contactos cuando se presentan los cambios de temperatura dentro de los rangos fijados como límites dé control. 2.4 Fundamentos del desarrollo de los circuitos de control El concepto más simple del control de motores eléctricos, se refiere a los métodos de arranque. Básicamente, se dividen de acuerdo al voltaje de alimentación del motor durante su arranque, en arranque a voltaje pleno y voltaje reducido. La forma de representar los circuitos de control de los motores, desde el caso más elemental hasta el más complejo, es por medio de diagramas. 67 2. Diagrama de alambrado. está formado por un conjunto de rectángulos dentro de los cuales se describe en forma breve la función de cada uno de ellos. como: 1. Estos diagramas se conocen en el lenguaje técnico del control de motores. 2. como un ejemplo de elaboración de un diagrama de bloques.13.En general. Diagrama de bloques. Los rectángulos se conectan por medio de flechas que indican la dirección de la circulación de corriente o flujo de potencia. Diagrama esquemático. cualquier sistema de control se puede representar para su desarrollo y fácil comprensión por cuatro tipos de diagramas. Diagrama de bloques . 3. Diagrama unifilar. 4. se muestra el que corresponde al arranque de un motor por medio de arrancador y estación de botones de arranque-paro. El diagrama de bloques Este diagrama. LÁMPARA PILOTO INDICA MOTOR OPERANDO ALIMENTACION TRIFASICA DESCONECTADOR Y FUSIBLES CONTACTOR MAGNETICO MOTOR ESTACION DE BOTONES ARRANQUE-PARO 68 Fig. Dependiendo del grado de detalle que se quiera obtener. Se espera que con el uso de símbolos se tenga una mejor idea de las componentes. de tal forma que. 69 Fig. En el diagrama unifilar. se pueda obtener mayor información de un diagrama unifilar que de uno de bloques.14. 2. se hace uso de los símbolos usados para cada componente.El diagrama unifilar Un diagrama unifilar. la línea usada puede representar dos o más conductores. es similar a un diagrama de bloques. Funciones básicas de control . sólo que en lugar de representar a las componentes por un bloque con su descripción. 2. Métodos típicos de control industrial .15.CR M M CR CR M M 70 Fig. Este tipo de diagramas es muy útil para la instalación del equipo y para mantenimiento. se muestra la conexión entre las componentes de un circuito.El diagrama de alambrado En un diagrama de alambrado. 71 Fig. si es necesario. 2. por lo que se recomiendan en la fase de construcción. tomando en consideración el número de conductores que usa y su color. también se considera la posición física de las terminales. ya que se localizan con mayor facilidad las averías o fallas. Diagrama de alambrado de una combinación de arrancador .16. El llamado diagrama esquemático es el que se usa. Con este tipo de diagrama se puede alambrar fácilmente. también es útil para analizar la operación y localizar fallas en las instalaciones. ya que muestra todas las conexiones eléctricas entre las componentes. sin poner interés en la ubicación física de éstas o en el arregle de sus terminales. Fig.5 Desarrollo de los circuitos de control Muchos de los circuitos de control están diseñados por ingenieros electricistas o por diseñadores electricistas.17. 2. Ejemplo de un diagrama esquemático 2. 72 .Diagrama esquemático El diagrama esquemático es una variante entre el diagrama unifilar y el de alambrado. tres o más conductores. y así sucesivamente. los relevadores. a partir de este punto se continúa con el diseño del circuito. cuando se diseñan los circuitos. Cuando se encuentra que el circuito no desarrolla la secuencia de operación correcta. Los circuitos de control que tienen cierto grado de complejidad están formados por circuitos de dos. Circuitos de control de motores Para ilustrar este tema. el interruptor de nivel. y la comprensión de la operación del equipo o máquina por controlar. los arrancadores de los motores.por lo general. por ejemplo: las lámparas piloto. se puede pasar al llamado diagrama de alambrado. entonces. no se continúa con el diseño. se sugiere que se prepare un arreglo físico de las distintas componentes que van a intervenir y comprender la operación de cada parte del circuito. es mejor localizar el error antes y. desarrollando un paso a la vez. se analizarán algunos circuitos que se usan para el arranque de motores a pleno voltaje. Una vez que se ha obtenido el diagrama esquemático deseado. El circuito de fuerza se omitirá en este caso y 73 .. para esto. para desenergizar o energizar b) Que las bobinas son energizadas o desenergizadas para abrir o cerrar contactos. Los circuitos de control en general se deben diseñar en forma metódica y cuidadosa. etc. El diseño del circuito de control inicia con el dispositivo de arranque. no olvidar: a) Que los contactos abren o cierran bobinas. 74 . indicará cuando el motor está operando. 2. Circuitos con lámparas piloto indicadoras En la figura siguiente.1. sin embargo. 2 indicará cuando no está operando. Los botones de arranque se conectan en paralelo. Circuito de control con lámpara piloto Frecuentemente. los focos no siempre se mantienen en las condiciones de operación apropiadas y es importante saber cuándo un motor está operando o cuándo no. se le da demasiada confianza a las lámparas piloto para indicar una situación particular. por lo que se recomienda instalar dos lámparas para cada condición (dentro-fuera). Anteriormente se mostro el circuito de control de una estación de botones de arranque-paro múltiple. Fig.sólo se indicará cuando se requiera como referencia. debe observarse que: • • Los botones de paro se conectan en serie. en tanto que lámpara No. lámpara No. se muestran dos lámparas piloto indicadoras.18. por ejemplo. Esta acción de arranque y frenado. Si ahora se oprime el botón de arranque.19. por lo que el puente A se debe remover y el puente B instalar. En la siguiente figura. el circuito de "retención" de la posición no se abre. 2 no podrá indicar que el motor no está operando. la bobina M se desenergiza. Cuando el botón se restablece. asimismo. se abre el circuito sostenido o retenido. Cuando el selector se coloca en la posición de operación. se completa el circuito de la bobina M y se sostiene. se debe incorporar el contacto M normalmente cerrado. la lámpara No. Girando el interruptor selector a la posición de frenado. Circuito de control con interruptor selector de frenado .frenado El arranque y frenado está definido como una función en la cual el motor opera cuando se acciona un botón y frena cuando el botón se desacciona. El botón de arranque juega una doble función como botón de frenado. se usa con máquinas en las cuales el motor debe operar por períodos breves para conducir a la máquina a su posición o punto de operación. se muestra un circuito sencillo que incorpora un interruptor selector de un polo. Arranque. 2. 75 Fig.El botón de paro puede quedar bloqueado en la posición de abierto. si esto sucediera. En la figura siguiente. Circuito de control con botones de arranque-frenado-paro 76 . se ha usado en forma extensiva por muchos años y es bastante conocido.20. Este circuito. uno normalmente cerrado (NC) y el otro abierto (NA). 2. | Fig. se muestra un circuito de frenado que requiere una estación de botones de doble contacto. Circuito de control con estación de botones usando un relevador de frenado 77 . en éste se usa un botón de contacto sencillo. arrancando de esta forma el motor. Para mayor segundad. al oprimirse el botón de arranque se completa el circuito! para la bobina M. además. Oprimiendo el botón de arranque.Del circuito anterior. se completa un circuito para la bobina CR. 3 contacto de retención M se cierra. se puede usar el circuito que se muestra continuación. Fig.21. Oprimiendo el botón de paro. mantenimiento así el circuito para I bobina M. el motor se detiene. cerrando así los contactos CR ( 1 ) y CR ( 2 ). el motor continua operando. ahora se completa circuito para la bobina M alrededor del contacto M. El contacto CR ( 1) completa el circuito para la bobina M. El contacto M cierra pero el circuito de retención está incompleto. 2. él circuito incorpora un relevador de frenado que en realidad es un relevada de control. Con la bobina desenergizada y el botón de frenado oprimido. en la medida que el botón de frenado normalmente cerrado está abierto. haciendo que el motor gire y que los contactos de la] bobina M mantengan al circuito de la bobina M. arrancando el motor. los dispositivos de protección han sido mejorados. tanto para operadores como equipo. La secuencia de las bobinas es la siguiente: Oprimir el botón de arranque: Oprimir el botón de frenado: (CR .IN) CAPITULO III: Control de estado sólido de motores eléctricos 3.Oprimiendo el botón de frenado. La bobina M. tales como arranque. inversión de la dirección de rotación del eje y cambios en la velocidad. se energiza únicamente la bobina M.IN) (M-IN) (M . En la medida que los controladores se han hecho más sofisticados. no permanecerá energizada cuando se restablezca el botón de frenado. ambos contactos CR permanecen abiertos y la bobina CR desenergizada. por lo tanto. 78 . paro.1 Antecedentes Los controles de motores eléctricos fueron desarrollados para controlar la operación de los mismos. los contactos del arrancador cierran y el motor arranca. Un controlador de un malar define y controla las acciones del motor. cuando se deja de oprimir el botón de arranque. El circuito de control más sencillo consiste de una estación de botones de arranque -paro y de un contactor mecánico que leva el voltaje al motor. Circuito típico de un arrancador Las funciones primarias del controlador de un motor son: • • • • Arrancar Parar Cambiar de sentido de rotación Cambiar velocidad 79 . Fig.1.El arrancador puede proporcionar también protección de sobrecarga al motor. 3.