La sección de los conductores a utilizar se determinará de forma que la caída de tensión entre el origen de la instalación interior y cualquier punto de utilización sea, salvo lo prescrito en las instrucciones particulares, menor del 3 % de la tensión nominal para cualquier circuito interior de viviendas, y para otras instalaciones interiores o receptoras, del 3 % para alumbrado y del 5 % para los demás usos. Esta caída de tensión se calculará considerando alimentados todos los aparatos de utilización susceptibles de funcionar simultáneamente. El valor de la caída de tensión podrá compensarse entre la de la instalación interior y la de las derivaciones individuales, de forma que la caída de tensión total sea inferior a la suma de los valores límites especificados para ambas.
Para instalaciones industriales que se alimenten directamente en alta tensión mediante un transformador de distribución propio, se considerará que la instalación interior de baja tensión tiene su origen en la salida del transformador. En este caso, las caídas de tensión máximas admisibles serán del 4,5 % para alumbrado y del 6,5 % para los demás usos.
SUBDIVISIÓN DE LAS INSTALACIONES
Una de las preocupaciones principales que ha de tener el electricista instalador es prever los fallos. De tal manera, que un fallo en una parte de la instalación no afecte a toda la instalación por igual Una de las maneras de prevenir los fallos, puede ser subdividir el total de la instalación en varias líneas diferentes en forma que las averías que puedan producirse en un punto de ellas, afecten solamente a ciertas partes de la instalación, por ejemplo a un sector del edificio, a un piso, a un solo local, etc. Otra forma es, que los sistemas de protección sean selectivos. Es decir coordinados de forma que el más próximo al fallo actúa entes que el más lejano y no actúen los dos al mismo tiempo. A esta forma se le llama selectivos
Toda instalación se dividirá en varios circuitos, según las necesidades, a fin de:
Evitar las interrupciones innecesarias de todo el circuito y limitar las consecuencias de un fallo S facilitar las verificaciones, ensayos y mantenimientos S evitar los riesgos que podrían resultar del fallo de un solo circuito que pudiera dividirse, como por ejemplo si solo hay un circuito de alumbrado.
EQUILIBRADO DE CARGAS
Decir que una línea está desequilibrada, significa que sus líneas tienen consumos en amperios diferentes por cada fase. Esto implica secciones diferentes. Cuando se diseña una línea se hace pensando que sus conductores van a soportar cargas equilibradas, lo que facilita el cálculo, el montaje, y el comportamiento del consumo general, y fusibles iguales.
Para que se mantenga el mayor equilibrio posible en la carga de los conductores que forman parte de una instalación, se procurará disponer los receptores de manera que los consumos queden repartidos entre sus fases o conductores polares, lo más próximo posible.
De ser posible, se dispondrán que las líneas se adapten a la colocación de los receptores, siendo el caso contrario lo menos común, es decir que los receptores se coloquen donde venga mejor a las líneas. En el ejemplo de la figura 5 se comprende mejor este supuesto: Hay dos figuras, una con la carga desequilibrada y la segunda con carga equilibrada, lo más fácil para el electricista hubiese sido, el primer montaje, pero con los radiadores de calor colocados por cada interruptor de los tres vatios que hay, 2.200, 1.200 y 750 W, como no es posible, se ha adoptado el segundo esquema a fin de que todas las líneas, tengan la misma sección y el mismo interruptor.
El reparto de la carga se hará teniendo en cuenta, los consumos de cada receptor, el número de elementos, como puede observarse en la figura.
Por otra parte, los grandes avances de la industria se aplican con mayor prontitud a los sistemas productivos volviéndose cada día mas sofisticada, por lo que debe hacerse los esfuerzos necesarios que satisfagan las necesidades de fabricación y mantenimiento, reduciendo los costes y mejorando la productividad y la calidad.
Es necesario tener una estrategia de relaciones y responsabilidades de todos los interventores implicados en la adquisición, construcción, utilización y explotación y mantenimiento del sistema de producción. En los diagramas 1 al 3 se muestra la relación que existe entre los interventores en un proyecto. Un proyecto generalmente se lleva a cabo en tres etapas:
Etapa1ª Relaciones antes de definir el proyecto (figura 1)
Etapa2ª comprar, construir y recepcionar la nueva maquinaria (figura2)
Etapa3ª Seguimiento del proyecto, tras la puesta en producción (figura 3).
9. RESPONSABILIDAD DEL MANTENIMIENTO
La responsabilidad del mantenimiento comienza desde el momento mismo de
concebirse un proyecto industrial, interviene en el montaje y continúa cuando ya el proyecto se ha convertido en realidad, contribuyendo de forma activa en la conservación de la maquinaria.
Durante el proceso de relaciones técnicas para elaborar el proyecto industrial el responsable de mantenimiento, recibe información y aportas las ideas que contribuyan al mejor resultado, especificando los puntos concretos que le interesa conocer de la nueva maquinaria, como son las características técnicas, físicas, y servidumbres.
Con estos datos realizará cálculos de costos y de plazos de realización
Decidida la realización del proyecto los responsables de mantenimiento llevarán a cabo las siguientes actuaciones:
Analizar el funcionamiento de la nueva maquinaria y sacar consecuencias de actuación durante el montaje
Planificar que clase de personal y cada cuanto tiempo debe actuar el servicio de mantenimiento en la etapa de montaje.
Preparar mediante cursos formativos al personal de mantenimiento, adaptándolo a las nuevas tecnologías para cuando la maquinaria comience a producir.
Durante todo el tiempo que dure el montaje, estar presente y anotar cada
modificación con acotaciones y observaciones de interés.
Acumular la mayor información posible sobre cada parte de la maquinaria, así como la de los accesorios que no formando parte de la máquina son necesarios para su funcionamiento.
Reunir todas la garantías, anotando fechas de caducidad y planificando
revisiones para antes de la caducidad de las garantías.
De acuerdo con el libro del fabricante, formar un almacén de repuestos de las piezas que se prevé su deterioro.
Planificar de acuerdo con el calendario laboral y las horas de funcionamiento, los días de actuación del mantenimiento preventivo.
Prever el herramental necesario para llevar a cabo el mantenimiento, y en su caso, la ropa de trabajo adecuada.
Confeccionar normas de seguridad para la actuación del personal de
mantenimiento.
Realizar las obras de adaptación de alumbrado natural y artificial, ventilación y facilidad de tránsito.
Recepcionar todos los esquemas de funcionamiento de la maquinaria y realizar los correspondientes a la instalación de adaptación, señalando secciones, diámetros, y longitudes, así como profundidad de los anclajes y todo lo que esté enterrado y no sea visible.
Prever cuanto personal es necesario y cuantos equipos ha de formarse, y designar jefes de equipos en caso necesario.
Tras la puesta en funcionamiento, iniciar el proceso de seguimiento del proyecto de fabricación, realizando las operaciones previstas en el plan de mantenimiento tras el inicio de la fabricación del producto.
En esta última fase, se presentará dos tipos de acciones: las planificadas según el plan de mantenimiento, y las imprevistas por roturas, o cualquier otro motivo de avería, como fallos eléctricos, de desgastes o de uso inadecuado, que también puede ser de sobrecarga o exceso de exigencia.
En la figura 4 se muestra la estructura de un mantenimiento
En este articulo veremos los primeros pasos que se deben tener encuenta para ejecutar un optimo mantenimiento, tener encuenta la elaboracion de las hojas de vida de cada uno de los equipos, donde se describan seriales, registrar las horas de funcionamiento del grupo electrogeno, etc.
1. MANTENIMIENTO
En toda industria, en toda empresa, se producen desgaste de la maquinaria y de las instalaciones; aparecen zonas de aglomeración y el personal experimenta fatigas indebidas, todo ello repercute en la elaboración del producto acabado y en el encarecimiento, lo cual lleva a pérdidas de competencia en el mercado.
Para conseguir aumentar la productividad se tiene que racionalizar el proceso,
estudiando la forma de mejorar y de eliminar zonas poco eficaces, persiguiendo
conseguir una mayor economía, a base de conservar la maquinaria en perfectas condiciones de funcionamiento.
Por tanto, se entiende por Mantenimiento Global, las técnicas que aseguren la
correcta utilización de edificios, instalaciones y el continuo funcionamiento de la maquinaria productiva.
2. DOCUMENTACIÓN TÉCNICA
Para que un mantenimiento sea eficaz, es necesario disponer de los máximos datos que pueda dar el fabricante, cuando se decide la compra de un nuevo equipo se debe de exigir toda la documentación técnica que ayude a conocer la máquina como son:
Como está constituido, forma de funcionamiento, características físicas
Conocer como funciona la maquinaria, tanto en condiciones normales como en casos excepcionales, que estará descrito en el Manual.
Saber como mantenerlo en buen funcionamiento, es decir, cómo realizar el
mantenimiento, tanto preventivo como correctivo, y en este se hallan las instrucciones técnicas complementarias, planos de conjunto y despiece.
Asegurar la puesta a punto y puesta en marcha
Por último para seguir los circuitos, ya sean neumáticos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos a través de esquemas.
Libro de instrucciones de uso (MANUAL)
Permite saber cómo utilizar el equipo y contiene:
Instrucciones de uso
imperativos de funcionamiento
imperativos de seguridad
actuaciones rutinarias de puesta en marcha y rearme
modos de selección de los distintos programas
programación de parámetros
preparaciones y reglajes
instrucciones ante anomalías en el funcionamiento
Libro de Mantenimiento mecánico
En este libro han de estar todas las informaciones necesarias para mantener en buen estado el equipo, es decir, saber como realizar su Mantenimiento Mecánico Preventivo y Correctivo, donde se puede encontrar:
planos de conjuntos y su despiece
nomenclaturas de conjuntos y componentes
Instrucciones técnicas complementarias de funcionamiento y de mantenimiento de útiles y equipos especiales complementarios.
consignas de seguridad en la utilización y mantenimiento del equipo (en algunas ocasiones con anotaciones a mano)
listado de piezas de recambio
planes de Mantenimiento Preventivo
programas de Mantenimiento Predictivo
3. HISTORIAL DEL MANTENIMIENTO
Comprende todas las incidencias que afectan a la conservación de la maquinaria, como son las modificaciones las reparaciones de mantenimiento y de corrección así como las horas de funcionamiento y paradas por inactividad.
4. MODIFICACIONES
En el expediente de cada equipo existirá un apartado en el que figuren las
modificaciones que se vayan produciendo en el montaje y construcción del equipo, documentando la aparición de cada una de ellas, con vista al historial del equipo.
5. REPARACIONES
A fin de determinar la fiabilidad y la calidad de una máquina, se anotarán las fechas y causa de averías, así como reposición de piezas de repuestos diferenciando las recomposiciones previstas en el libro de mantenimiento de las imprevistas, tiempo de duración de la reparación y tiempo de tardanza del repuesto.
6. PARADAS Y HORAS DE FUNCIONAMIENTO
La vida media de una máquina depende mucho de las horas de funcionamiento de la máquina, cada vez que se produce una incidencia sea de tipo preventivo o correctivo, además de anotarse la fecha se debe de anotar las horas de funcionamiento.
En raras ocasiones las máquinas son sometidas a períodos de inactividad, cuando las paradas son muy prolongadas las máquinas se deterioran tanto o más como si estuvieran sometidas a sobrecargas, particularmente oxidaciones y agarrotamientos, para evitar estos inconvenientes se recomienda someter la maquinaria a funcionamiento preventivo con anotación del tiempo y de las indicaciones de todos los medidores de control, así como las observaciones que se consideren dignas de atención.
7. ACTUALIZACIÓN
Todo libro de mantenimiento debe de tener hojas suficiente para ir agregando los datos que se deriven de cada incidencia, caso de completarse las hojas que se agreguen deberán de estar debidamente numeradas.
Por cada nueva anotación deberá de aparecer el nombre de la persona que hace la anotación, o una clave de número que lo identifique, pero no la rúbrica, ya que esta no es suficiente para identificar al autor de la anotación.
Cuando las reparaciones las hacen personal ajeno a la empresa, se indica que
empresa hizo las reparaciones, con especificación del domicilio y cuanto tiempo se empleó en solucionarlo. Si ha sido requerido el servicio de una agencia de transporte, también se hará constar esta circunstancia, y si hizo falta el empleo de grúa y todo lo concerniente a la incidencia y sus repercusiones que sean de interés.
Todas las incidencias se utilizan para la confección de estadísticas cálculos de costes y rendimientos, y estos datos sirven como prevención de costes y futuras actuaciones así como la conveniencia de prever la sustitución incluso de toda la maquinaria por otra más moderna, o la conveniencia de conservarla o modificaciones de modernización para aumentar el rendimiento sin elevar los costes de la materia fabricada.
8. FUNCIÓN DEL MANTENIMIENTO
Para lograr que una empresa logre la producción prevista, las máquinas y equipos han de hallarse sometidas a un buen programa de mantenimiento, que permita lograr las mejores condiciones de funcionamiento continuo. En muchas empresas existen importantes fallos en los proyectos de construcción, montaje y utilización, lo que produce pérdidas de producción muy elevadas en los primeros meses de utilización, así como elevados costes de mantenimiento desequilibrando el coste ideal del ciclo de vida de los equipos.
Velocidad en los motores de corriente alterna: aumentando el número de polos de un motor se influye en la velocidad del motor, que se determina por la formula:
F = P * (n/60)
La frecuencia F a la que trabaja un motor viene dada por el numeró de pares de polos P multiplicado por la velocidad del motor contado en revoluciones por minuto (r.p.m) divido por 60.
Por tanto, si quiere saber a qué velocidad en r.p.m. funciona un motor bastará con transformar
La fórmula anterior en:
n = (60.F) / P
El número de r.p.m., a que gira un motor, depende de la frecuencia de trabajo multiplicado por 60, dividido todo ello,
por el número de pares de polos que tenga el motor.
Conmutación de polos.
En consecuencia; la velocidad de giro de un motor no depende en nada del voltaje de funcionamiento, y como el valor de la frecuencia de red es inalterable, para cambiar la velocidad de un motor solo se puede hacer, cambiando el número de polos que tiene el motor.
Los motores de dos velocidades, por tanto, llevan tomas intermedias de los pares de polo, a la caja de bornes; para que, con la ayuda de conmutadores especiales, poder alterar las entradas y salidas de la corriente a cada par de polos del motor. Consecuentemente el número de revoluciones se verá alterada por la posición del conmutador de polos. Todos los motores de dos velocidades, llevaran en la caja de bornes, el doble de conexiones de un motor de una sola velocidad.
En la tabla I puede verse como los motores europeos, que trabajan a una frecuencia de 50 Hz, son más lento que los del continente americano que trabajan a 60 Hz; también se observa, que para conseguir velocidades mayores, como por ejemplo; las que se necesitan en el radar, donde se emplean frecuencia de 400 Hz; con lo que se consiguen motores de rotor muy rápidos.
Cuanto más velocidad tenga un motor, y en consecuencia, ser menor el número de polos, más económico de precio será el motor, pues las dimensiones también son menores.
A igual velocidad las dimensiones del motor aumenta con la potencia que desarrolle.
2. Variacion de frecuencia.
Hoy día ya es posible cambiar la velocidad e los motores, sin necesidad de variar el número de pares de polos; en la fórmula se observa que si el valor de la frecuencia en vez de tener un valor fijo de 50 o 60 Hz, se pudiera variar este valor; entonces se obtendría valores diferentes del número de r.p.m., del motor. Esto se realiza con los variadores de velocidad estáticos.
Pequeños dispositivos electrónicos que se intercalan entre el interruptor y el motor; con el que fácilmente se puede actuar sobre la frecuencia para variar la velocidad del motor sin necesidad de complicados conmutadores de polos.
En la figura 1, puede verse un variador de velocidad, aplicable a motores trifásicos, con rotor de jaula de ardilla, y con una potencia comprendida entre 370 W y 17 KW.
4. FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR DE VELOCIDAD
La corriente alterna trifásica es rectificada y convertida en corriente continua, y luego, en un circuito inversor, se vuelve a convertir en alterna trifásica. Para que la frecuencia pueda ser variable, no se llega a transformar del todo en una corriente lineal, una parte de esta corriente
De entrada se filtra a un circuito intermedio que regula la salida.
La relación entre el voltaje y la frecuencia debe de mantenerse constante para que el motor conserve su par de fuerza contante, independientemente de la velocidad. Esto quiere decir que se cambia la tensión y la frecuencia en la misma proporción.
En la figura 2 se ha representado en esquema de bloques los cuatro circuitos principales que lleva un variador de velocidad: Rectificador, circuito intermedio, inversor y circuito de regulación.
La apertura de un contactor tiene, generalmente, por finalidad interrumpir la corriente eléctrica que, previamente atravesaba los contactos. Generalmente las cargas son inductivas y, por tanto, la corriente no se interrumpe instantáneamente, sino que se establece un arco eléctrico como muestra la figura 1.
La duración del arco debe ser breve. No muy larga para evitar la destrucción de los puntos de contacto, tampoco muy corta para evitar las sobretensiones de ruptura.
Con el fin de anular estos efectos entre los dos contactos donde se va a producir una ruptura eléctrica se introducen cámaras apaga chispas. La resistencia de un arco
depende del número de placas ferromagnéticas que se interpongan entre los bornes de contactos.
Las piezas metálicas alojadas en al cámara apaga-chispas, de la figura 2, tienen por misión estirar el arco, produciendo un soplado magnético que rápidamente enfría elcentro del arco, absorbiendo el calor desprendido por efecto joule, y reduciendo elriesgo del cebado.
RECAMBIOS.
Para casi todos los tipos de contactores, de todas las marcas, existen recambios; no sólo de la bobina, sino de los contactos principales y auxiliares. Cuando esnecesario recambiar unos contactos, hay que hacerlo no sólo del contacto en sí, también es necesario cambiar los muelles destinado a ejercer la presión de los contactos; pues cuando unos contactos se queman, los muelles se destemplan y ya no hacen la presión necesaria para mantener el contacto.
No hay recambio de la carcasa, el circuito magnético y los bornes de conexión. A veces, sucede que al aflojarse un borne se quema el contacto y también la carcasa; en este caso, el recambio posible es la reposición completa de todo el contactor.
DIVERSOS TIPOS DE CONTACTOR.
La apariencia externa de un contactor es la de figura 3, pero no todos los contactores son físicamente iguales, los hay de bajo consumo y dimensiones reducidas (figura 4), de alto consumo (figura 5), modulares (figura 6), y compactos (figura 7).
SECCIONADORES
En alta tensión se llama así a los interruptores, que se abren (o cierran) en usencia de tensión, con ayuda de una pértiga de maniobra.
En baja tensión, se denominan seccionadores a los interruptores agnetotérmicos
que cuando saltan por sobrecarga quedan atrapados en un resorte, de tal manera que no permite se pueda volver a conectar de nuevo. Para volverlo a conectar hay que volver la palanca hacia abajo (abrir), para que salte el resorte de raerme y después cerrar subiendo la palanca
Los fusibles colocados de forma solidaria, de forma que al quitar uno se quitan los
otros dos, se llaman fusibles seccionadores, por actúan como si fuese un interruptor.
Un seccionador, por tanto, pueden ser un interruptor de alta tensión, un interruptor magnetotérmicos de baja tensión o fusibles de bloque. Normalmente todos los interruptores automáticos de más de 60 A son de tipo seccionador- disyuntor.
Un interruptor al ser alimentado por debajo, da corriente de salida por arriba, el disyuntor no permite la inversión de la corriente, sólo funciona en un sentido nunca al contario.
La carcasa o estructura, donde se fijan todos los componentes. Forma un conjunto
cerrado, presentando una vista simular a la de la figura 1, que puede ser sujetado mediate tornillo a su suporte; o bien, como en los de pequeño peso, mediante garras a perfiles simétricos, sin necesidad de tornillos. Estas estructura dispone, además, de escotaduras apropiadas para acoplar elementos auxiliares, como bloques de Contactos, o dispositivos de enclavamiento mecánico. Otra característica propia de los contactores modernos es la poderse desmontan sin necesidad de herramientas especiales, solo con la ayuda de un destornillador.
El electroimán, formado por un circuito magnético y la bobina Circuito magnético: Dividido en dos partes; la fija, unida a la bobina, y el móvil; unido a los contactos.
Bobina: Recambiable, con una gran gama de voltajes. Aunque lo normal, es que se encuentre en el comercio a 230 voltios; para otras Tensiones como 400 V, se pedirá aparte, indicando la tensión de trabajo de la bobina.
Contactos: Tres principales y al menos uno auxiliar. Todos son fácilmente recambiables.
Contactos principales: Elementos que destinados a las corrientes de trabajo del circuito, forman un puente con tres contactos que se abren, o cierran, al unísono (omnipolar), para dar paso, o cortar, la corriente de fuerza.
Contactos auxiliares: Realiza las funciones de señalización enclavamiento y autoalimentación. Cuando es necesarios un mayor número de contactos auxiliares, se pueden añadir bloques de contactos auxiliares que se acoplan fácilmente por simple presión en las escotaduras de la carcasa.
CIRCUITO MAGNÉTICO
El electroimán desarrolla todo el trabajo necesario para que actúe el contactor.
Mediante el circuito magnético y la bobina. Su forma varía en función del tamaño de los contactos principales, incluso depende de la naturaleza de la corriente de alimentación en alterna o continua.
El circuito magnético
Está compuesto de dos partes fundamentales: El núcleo, fijo, donde se aloja la
bobina, y la armadura; parte móvil, que en su desplazamiento produce la apertura y cierre de los contactos principales y auxiliares.
La armadura se puede acoplar de distintas forma: por movimiento de rotación Figura 2 y 3 o movimiento de traslación (figura4 ).
5 Amortiguadores 6 Eje de rotación 7 Tornillo de ajuste 8 Muelle de retorno
Son electroimanes de gran potencia; capaz de mover la mayor maza que corresponde a unos contactos principales de gran tamaño; la figura 3 muestra una vista frontal, en la que se aprecia las grandes proporciones de los contactos principales.
Con el fin de disminuir las dimensiones exteriores del contactor, los de menor amperaje, presentan una terminación compacta. La bobina queda encerrada dentro del bloque, tal como muestra la figura 4; que represente el corte de un contactor de traslación,
cuya vista exterior se corresponde con la anterior figura 1.
Corte del contactor de traslación
1 Bobina 2 Parte fija del circuito magnético 3 Anillo de desfase 4 Par te móvi l del ci rcui t o magnético 5 Parte donde se afianza el puente de los contactos 6 Resorte de retorno 7 Amortiguador
La distancia que existe entra la parte móvil o armadura, y la parte fija o núcleo, se denomina entrehierro. Este espacio tiene que ser suficiente, para el imán remanente, no mantenga unida las dos partes del circuito magnético cuando cese la corriente. Para que no se produzca esto, todo los contactores disponen de resortes de retorno; que, además, tiene la misión de garantizar una apertura brusca.
Con el fin de reducir las corrientes de Foucault, la masa metálica que componen el
circuito magnético está formado por chapas de acero al silicio, ensambladas con remaches. Para asegurar un funcionamiento silencioso, las parte por donde se unen, la fija con la móvil, están rectificas. Con este mismo fin, los contactores llevan una o dos espiras de Frager; en las figuras 6 y 7 está marcada en ambas, con el número 3. La espira de Frager, crea un flujo retrasado al flujo principal. De esta manera, cuando la corriente alterna pasa por el punto nulo, no desparece la atracción magnética; el resultado es que se eliminan las vibraciones de la armadura y el ruido que esta vibración produciría. Cuando la corriente es continua, no se presentan en el núcleo pérdidas por calentamiento que produce la corriente de Foucault, el núcleo puede ser macizo, con poco mecanizado y de construcción robusta (figura 5).
Según el tipo de corriente, con la que vaya a trabajar el electroimán, el núcleo
debe ser distinto para un correcto funcionamiento.
Electroimán de traslación para corriente continua
1 Parte fija del circuito magnético 2 Bobina 3 Armadura o parte móvil 4 Alojamiento para puente de contactos (El resorte de retorno no está representado)
Por regla general los relés, casi todos funcionan en corriente continua, y los
contactores en corriente alterna. Lo cual no quiere decir que sea siempre así, hay
ocasiones que sucede todo lo contrario, que los pequeños relés trabajan en alterna y
los contactores con corriente continua; son las excepciones.
Un núcleo formado por chapas puede ser utilizado sin inconveniente en corriente
continua. Pero los núcleos de corriente continua no pueden usarse en corriente alterna.
Cuando se utiliza corriente continua, la intensidad de atracción de la armadura no es la misma que la intensidad de mantenimiento en la posición de cierre, por lo que no puede mantenerse mucho tiempo la corriente de inicio, ya que la bobina experimentaría un excesivo calentamiento. En los casos de corriente continua, la bobina empleada debe ser insertada una resistencia de reducción de consumo, en el circuito de mando de la bobina después del cierre del contactor; la figura 6 es el esquema de este circuito. Con el circuito en reposo la resistencia queda anulada mediante el puente del contacto cerrado. Cuando la bobina actúa la resistencia de reducción de consumo se pone en serie con la bobina de forma automática.
El valor de la resistencia será el adecuado para cada tipo de contactor.
LA BOBINA.
La bobina produce el flujo magnético necesario para la atracción de la armadura del electroimán. Según el modelo de contactor, se montas sobre una o dos partes del núcleo. Esta concebida para resistir los choques mecánicos debidos al paso de la corriente por sus espiras.
Con el fin de reducir las choques, mecánicos, la bobina o núcleo, a veces los dos. Se montan sobre amortiguadores.
Las bobinas empleadas actualmente son muy resistente a las sobretensiones, a los choques, a las atmósferas agresivas; están realizadas en hilo con cobre esmaltado reforzado; algunas son sobre moldeadas (encapsuladas).
En corriente alterna el inconveniente de necesitar una tensión de tracción diferente de la tensión de mantenimiento no se presenta, por tanto, el uso de la resistencia en serie con la bobina, tan sólo se utiliza cuando la corriente es continua.
Las tensiones normalizadas de las bobinas son las siguientes:
24/28 V, 42/48 V, 110/127 V, 220/250 V, 380/415 V.
LOS CONTACTOS PRINCIPALES
Son los encargados de establecer o interrumpir la corriente en el circuito de potencia.
Por consiguientes, están dimensionados para permitir el paso de la corriente nominal
del contactor en servicio continuo y sin calentamiento anormal.
Se componen de una parte fija y otra móvil, esta última provista de resortes que
transmiten una buena presión a los contactos, ya sean de simple corte (basculante),
o de doble corte (de traslación).
Los puntos de unión de los contactos, están generalmente equipados de contactos de
plata oxido de cadmio, material inoxidable de gran resistencia tanto mecánica como al
arco eléctrico.
En algunos contactores actuales, el lugar de unión de los contactos está rodeado de
láminas de hierro paralelas y sin unión, es un dispositivo para facilitar la extinción el
arco que se forma entre la parte fija y la parte móvil, cuando el contactor “Corta la carga”.
Para resolver determinados problemas de automatismo, los polos ruptores funcionan
al contrario de los polos de cierre. Sus contactos que están cerrados cuando el
electroimán de mando no está alimentado, y abierto cuando se alimenta el electroimán.
LOS CONTACTOS AUXILIARES
Los contactos auxiliares aseguran la autoalimentación, los mandos y el enclavamiento de los contactores, al igual que la señalización en los equipos de automatismo.
Mandar sobre un circuito eléctrico supone ponerlo en marcha o pararlo de forma manual, también invertir la marcha, pero lo más interesante es hacerlo de forma automática, cuando se cumplan una serie de condiciones que se impongan, como cerrar un circuito de lámpara a una hora determinada y abrirlo a otra hora, encender
una calefacción cuando la temperatura sea inferior a 16 grados y apagarla cuando pase de 24, son ejemplos de mando eléctrico manual y automático.
2. INTERRUPTORES MANUALES
Son aquellos que se ponen en marcha cuando una persona se desplaza hasta donde
esté situado el interruptor y lo acciona a mano. Cuando el interruptor manual es de tipo magnetotérmicos se le pueden añadir lateralmente dispositivos de desconexión a
Distancia, también admiten contactos auxiliares para encender o apagar luces de Posición, que indican a distancia el estado del interruptor.
Los interruptores según su forma de montaje pueden ser:
De superficie, para empotrar, tras cuadro
Los interruptores de superficie se suelen montar sobre tableros, de PVC a fin de separarlos de la pared, pero pueden perfectamente situarse sobre la pared, cuando se trata de un solo interruptor si son más de uno, concentrados en un punto se recurre siempre al tablero, que en muchos casos se les llama pizarra, porque los antiguos tableros iban montados sobre pizarras planas, muy parecidas
Figura 1.Terminaciones para montajes.
a las lápidas. Todavía suelen encontrarse algunas de estas pizarras en antiguos talleres, estas pizarras pesaban muchísimo, eran frágiles y además en situaciones de humedad daban calambre, que se podía comprobar fácilmente colocando un buscapolos sobre su superficie.
Los interruptores para empotrar se utilizan para pequeña potencia colocados Individualmente, sin embargo, se comenzaron a utilizar para colocarlos de manera contrada sobre paneles de hierro, en chapa de 0'6 mm de grueso. Su Montaje era muy laborioso había que marcar y taladrar la chapa con mucha precisión. Tenían el inconveniente de que una vez instalados, era muy difícil modificarlo, incluso para reponer los interruptores averiados por otro de las mismas características, ya que había que suprimir todo el servicio. Sin embargo fue un sistema que rápidamente se extendió como sustitución más adecuada a los cuadros de pizarra.
Con los interruptores tras cuadro se inicia un nuevo modo de acabados de cuadros. Las fábricas de material eléctrico construyen ahora interruptores que se pueden fácilmente dividir en dos piezas, por un lado hay un bloque de contactos que se atornilla al fondo del armario y por otro está el mando o maneta que se atornilla a la puerta del armario. Cuando la puerta está cerrada el interruptor puede manipularse normalmente, al abrir el armario el mando se separa del bloque de contactos y ya no puede manipular.
Por el número de polos, se clasifican en:
Unipolar o monofásico, bipolar o bifásico, tripolar o trifásico y tetrapolar. Los interruptores pueden servir indistintamente para corriente continua o alterna, es decir; sirven para conductores de fases o conductores de polos, por estos se denominan indistintamente monofásico, bipolar, trifásico, tetrapolar o unipolar, bipolar o tripolar.
Los motores trifásicos al no tener neutro utilizan interruptores trifásicos. El
neutro no se interrumpe.
El alumbrado en la mayoría de las veces se hace tomando una fase y el neutro, para apagar el alumbrado, basta con cortar uno de estos dos conductores activos. Generalmente se corta la fase, pero si se corta el neutro existe el peligro de dejar con tensión el otro conductor. El nuevo reglamento exige que, para evitar errores, en una vivienda se han de cortar los dos conductores activos, la fase y el neutro al mismo tiempo. Dicho de otra forma, los interruptores monofásicos están prohibidos para el alumbrado monofásico, debe emplearse los interruptores bipolares.
Los interruptores tetrapolares raramente se usan, se fabrican y están en el mercado pero se usan poco, suelen ver más en el alumbrado trifásico. Los interruptores que abren o cierran todos los conductores al mismo tiempo de se denominan de corte omnipolar
Figura 2. Clasificacion por su numero de polos.
Por su forma de construcción:
Abiertos, Cerrados, de bloque, modular. Con mando de rotación, de palanca o
basculante, y con mando a pulsador. Son abiertos o sin protección o de protección 00 (doble cero), los antiguos interruptores de cuchilla, que hoy día solo pueden verse en alta tensión.
En baja tensión todos los interruptores son cerrados, el mando puede ser rotando, en un solo sentido o en ambos sentidos. También el mando puede ser a pulsador. Con un pulsador para cerrar, y otro para abrir. Los interruptores de palanca, generalmente son de alto consumo. Si la palanca es corta se llama basculante.
Por la forma de sujeción:
Frontal, con espigas, de mando prolongado, sobre riel, sobre cuadro la forma de sujetar un interruptor en el cuadro general puede ser muy diferente, generalmente por tornillos, cuando se trata de interruptores de más de 100 A y con clip de sujeción para los de menos de 100 A. Una versión ya desaparecida, era la de interruptores con espárragos, que se atornillaban por detrás del interruptor y al
Figura 3.Agrupacion de interruptores por su forma de construcción.
mismo tiempo que sujetaba el interruptor a la pizarra, este espárrago servían de entrada o salida de la
Corriente. Estos mismos interruptores se podían poner sin los espárragos, utilizando tornillos.
Los relés térmicos, Figura 1, son elementos de protección basados contra sobrecargas basados en la
deformación que experimentan ciertos elementos bimetálicos bajo la acción del calor. Este efecto se utiliza para accionar unos contactos auxiliares, los cuales desenergizan el circuito protegido y energizan al mismo tiempo un elemento de señalización. El bimetal está formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatación, generalmente hierro y níquel, unidos firmemente entre sí. El calor necesario para curvar o flexionar la lamina bimetálica es producido por una resistencia, arrollada alrededor del bimetal, a través de la cual circula la corriente que va de la red a la carga.
Una vez disparado un relé térmico, el mismo puede ser rearmado, es decir retornado a su estado normal o de reposo, en forma manual o automática. En el método de rearme manual, el operario presiona un botón, generalmente de color azul (RESET), que lleva el térmico para este propósito. En el modo automático, el térmico se rearma por si miso una vez que el bimetal vuelve a su temperatura normal. Algunos térmicos admiten un solo modo de rearme, mientras que en otros es seleccionable.
Una variante de los relés térmicos convencionales son los relés térmicos diferenciales, los cuales detectan corrientes de fuga provocadas por desequilibrios en redes trifásicas. Los mismos basan su funcionamiento en la diferencia de curvatura que experimentan tres bimetales, uno en cada fase. Al ser detectada una falla en cualquier de las tres fases, se accionan los contactos auxiliares del relé térmico y se interrumpe automáticamente el circuito de mando. En la actualidad, la mayoría de los relés térmicos son también diferenciales y se fabrican para un rango de corrientes determinado, digamos de 6 a 13ª, seleccionable mediante un potenciómetro incorporado.
Relé termo y electromagnéticos
Los relés termo magnéticos. Figura 2, son dispositivos de protección simultáneamente contra
sobrecargas y cortocircuitos. La protección contra sobrecargas o diferida se realiza por medio de un sistema idéntico al de los relés térmicos, es decir a través de un bimetal que acciona unos contactos auxiliares. Para la protección contra cortocircuitos, que es instantánea, cuentan con una bobina, a través de la cual circula la corriente del circuito de potencia, y un núcleo móvil, el cual acciona los contactos auxiliares. Ambos ajustes se realizan en forma independiente.
Los relés electromagnéticos por su parte, protegen contra sobrecargas intensas. Funcionan en forma similar a los contactores y constan de los mismos elementos. Una variante importante de los mismos son los relés electromagnéticos diferenciales, utilizados para detectar corrientes de fuga en sistemas trifásicos. En la figura 3 se ilustra su principio de funcionamiento. Al producirse una corriente de fuga, debida por ejemplo a la falta de una fase, se induce una corriente residual en el secundario, la cual, si es superior a un valor umbral preestablecido, acciona un mecanismo de relé y permuta el estado de los contactos auxiliares.
Guardamotores
Los Guardamotores, figura 4, son dispositivos de maniobra y protección de accionamiento manual y de desconexión manual o automática. Esta última se produce por acción de un relé termomagnetico incorporado. Por tanto, los Guardamotores protegen contra sobrecargas y cortocircuitos y permiten desconectar los motores de la red durante trabajos de mantenimiento o mientras se realizan modificaciones en las instalaciones.
Dispositivos de señalización
Los dispositivos de señalización son elementos que se utilizan para indicar sin un contactor, y por tanto una carga, está o no operando. Sirven también para llamar la atención sobre el correcto funcionamiento de una maquina o equipo, facilitando su control y mantenimiento, y aumentando la seguridad de los operarios. Pueden ser ópticos o acústicos.
Los señalizadores ópticos, ejemplarizados en los pilotos luminosos, figura 5, producen señales perceptibles por la vista, mientras que los acústicos, representados por los zumbadores y los timbres, figura 6, producen señales perceptibles por el oído. También se dispone de visualizadores o displays que producen determinados símbolos o patrones para indicar la operación que ese está realizando en un momento dado.
Todo circuito debe contar con algún tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente debidamente calibrado, así como de medios para llamar la atención sobre su correcto o incorrecto funcionamiento. De lo contrario, se corre el riesgo de crear las condiciones favorables para un accidente de origen eléctrico o exponer la seguridad de las personas. En este articulo examina las características generales de algunos dispositivos de protección y señalización comunes utilizados en las instalaciones eléctricas industriales, incluyendo fusibles, Breaker, relés térmicos, termo-magnéticos y electromagnéticos, pilotos, etc.
Los aparatos de protección, figura 1 son elementos destinados a proteger la carga, los aparatos de maniobra y los conductores de un circuito, separando este ultimo de las líneas de alimentación cuando se presenten irregularidades en su funcionamiento, particularmente sobrecargas o sobreintensidades y cortocircuitos.
En general, todo circuito debe llevar varias protecciones en forma escalonada y debidamente dimensionadas. Las más débiles la que se encuentra más próxima a la carga. Las ultimas en colocarse son las que van en las líneas de alimentación y protegen todo el circuito. De este modo, cuando se presente algún problema en la carga, la protección que se dispare debe ser siempre la de menor valor.
Los dispositivos de protección comúnmente utilizados en los circuitos industrializados pueden ser agrupados en dos categorías: manuales o automáticos. Estos últimos están construidos para proteger un circuito contra sobrecargas y/o cortocircuitos, sin intervención del operario. Los más empleados son los relés térmicos, termo-magnéticos. Los dispositivos de protección manuales, por su parte, requieren la intervención del operario para su sustitución o restauración. Los más comunes a los cuales nos referiremos enseguida, son los fusibles y los Breaker o disyuntores.
Fusibles
Un fusible, figura 2, es un hilo o trozo de metal de corta longitud calibrado específicamente para transportar corrientes por debajo de un valor predeterminado, digamos 30A, y abrir el circuito cuando la corriente es excesiva, por ejemplo al producirse un cortocircuito.
Los fusibles pueden ser de varios tipos, dependiendo tanto de su forma como da la rapidez con que actúan. Según su forma, existen fusibles de botella, de cartucho, etc. Atendiendo a su velocidad, se habla de fusibles de acción rápida o de acción lenta. Estos últimos pueden soportar corrientes de sobrecargas relativamente altas en forma momentánea sin destruirse. Se utilizan principalmente en circuitos de motores, donde la corriente de arranque puede llegar a ser varias veces superior a la nominal. En la figura 3, por ejemplo, se muestra la estructura interna de un fusible de tapón de elemento doble de acción lenta.
En este caso, cuando la corriente que circulo a través del interruptor térmico es excesiva, la soldadura que mantiene este ultimo en contacto con la cinta fusible se caliente. Si la sobrecarga es prolongada, la soldadura se ablanda. Como resultado, el resorte despega la cinta fusible del térmico y se abre la conexión.
Breaker
Los Breaker de la figura 4, también denominados disyuntores o interruptores electromagnéticos, son dispositivos diseñados para permitir la conexión y desconexión manual de un circuito cuando la corriente a través del mismo está dentro de los límites permisibles, y desconectarlo automáticamente, sin destruirse, cuando esa supera un valor predeterminado.
Los Breaker están formados internamente por una lámina bimetálica que se caliente por efecto del paso de la corriente. Cuando esta última llega a su valor límite, la lámina se dobla lo suficiente para liberar un mecanismo que abre los contactos, interrumpiendo el circuito. En adición a la lámina bimetálica, la mayoría de los Breaker incluyen un circuito electromagnético que abre instantáneamente el sistema en caso de un cortocircuito. También dispone de Breaker electrónicos programables y de Breaker de control remoto, figura 5, estos últimos incluyen un pequeño motor o solenoide DC que permite realizar la desconexión a distancia, digamos desde un PLC.
En este articulo veremos cómo se construye un arrancador industrial estrella – triangulo, para un motor trifásico de mediana potencia. Los sistemas y equipos se han diseñado para efectuar el arranque de los motores de corriente alterna tienen el mismo propósito de aquellos que se usan con los de corriente continua y es en esencia, limitar la corriente consumida por el motor durante su arranque, que puede alcanzar entre 7 y 10 veces su valor nominal, por periodos relativamente prolongados. Dependiendo del tipo y las características del motor, la potencia instalada y los requerimientos del par y la velocidad en la carga, se debe estudiar y elegir la técnica de arranque mas apropiada para cada caso, dentro de las técnicas más utilizadas se pueden nombrar las siguientes :
Arranque por autotransformador
Arranque por resistencias del estator
Arranque estrella – triangulo
Entre otras menos populares.
Siempre que sea posible, es conveniente que el motor arranque a tensión plena, pero a menudo se encuentran inconvenientes, tales como una insuficiente potencia instalada en la red, que da lugar a fuertes caídas de voltaje durante el arranque y/o limitantes de tracción mecánica en el eje del motor, que acortarían la vida útil de la maquina. En estos casos, se debe recurrir a alguno de los métodos de arranque por tensión reducida, cuyo propósito es disminuir la corriente del arranque y los esfuerzos dinámicos que puedan generarse en el motor.
El arranque estrella – triangulo, objetivo de este articulo, es uno de los métodos por tensión reducida más usados en la industria para la puesta en marcha de motores de inducción de mediana potencia (entre 10 y 25kVA), por su fácil construcción, bajo costo y alta confiabilidad. Para su aplicación se requiere que el motor este diseñado para tal propósito, esto implica que este pueda funcionar en régimen permanente con sus bobinas conectadas en triangulo y sometidas a la tensión de línea, y que además los seis terminales de sus bobinas sean accesibles.
El método de arranque estrella – triangulo, aprovecha la relación que existe entre las tensiones de línea y de fase en una red trifásica y puesto que la influencia en la tensión es doble, la corriente y el par de arranque del motor se ven reducidos por un factor de tres. Como durante el proceso de arranque, el motor se conecta en estrella, la tensión por cada bobina del estator se vera reducida en √3, o sea en un 58% de la tensión de línea y esto significa, que la intensidad que absorbe el motor es también √3 menos.
De esta forma, al ser reducidas la tensión y la corriente
por √3, se obtiene como resultado una reducción total de √3 por √3, o sea 3 veces el valor de la corriente nominal (In), lo que equivale a un 30% del valor que tendría durante un arranque directo.
Cuando se usa dicho sistema, se debe iniciar en conexión en estrella tal como se muestra en la figura 1a, para que la corriente se reduzca en la misma proporción que la tensión, y una vez que el motor ha alcanzado entre el 70% y 80% de su velocidad nominal o de régimen, se desconecta la estrella para realizar la conmutación a la conexión en triangulo, figura 1b, luego de un pequeño tiempo de transición y de forma tal que el motor siga funcionando bajo esta conexión.
En esta conexión, finalmente el motor alcanzara sus características nominales con una corriente poco de corta duración y magnitud muy inferior a la del arranque directo (2.5In) y de otro lado, el par de arranque se ve disminuido de 1.54 a 0.5 veces el valor nominal que se tiene durante el arranque directo del motor, aumentando por lo tanto la duración del periodo de arranque, lo cual a menudo es poco significativo ya que la velocidad nominal se alcanza en unos pocos segundos. Es importante que la conmutación de estrella a triangulo tan pronto el motor alcance entre el 70 y el 80% de su velocidad nominal, porque si esta se produce muy pronto, la corriente pico puede alcanzar valores muy elevados y en caso contrario, se podría producir el frenado del motor.
Finalmente, vale la pena considerar que en la practica el tiempo que se toma un arranque normal debe ser inferior a 10 segundos y estará supeditado al par acelerante e inercia de la maquina y la carga. Es importante lograr un ajuste del tiempo de acuerdo con las características del conjunto para evitar que el pico de corriente que se produce al pasar a la etapa de triangulo sea muy alto y pueda perjudicar a los contactores, al motor y a la maquina accionada, tal como si se efectuara un arranque directo.
FUNCIONAMIENTO.
El circuito arrancador estrella – triangulo que aquí se muestra, cuenta con protecciones al cortocircuito, a la sobrecarga y al bajo voltaje, típicas de los circuitos de arranque electromagnéticos.
La protección contra cortocircuitos del motor se realiza con el Breaker electromagnético Q1, que actúa también como seccionador, la protección contra las sobrecargas del motor se efectúa por medio del relé térmico de sobrecarga F1 y la protección contra bajo voltaje la proporciona el circuito de comando por medio de sus contactores auxiliares KM y KA que están directamente alimentados desde una de las fases del motor, de forma tal, que si la tensión aplicada al motor cae, también lo hará el voltaje aplicado a las bobinas de los contactores y por lo tanto se desenergizaran.
El circuito del arrancador estrella-triangulo se divide en dos partes que se muestran en las figuras 2 y 3, los cuales se conocen como circuitos principales y de control o comando respectivamente.
En este articulo mostramos el tablero de control power wizard 1.0, para aquellos que necesitan determinar puntos de revision y asi poder detectar la falla, garantizando un seguimiento puntual.
Cualquier interpretacion que se requiera sobre el tablero quedo atento.
Ahora veremos ejemplos sobre el analisis de maquinas de inducción monofasica con condensador en marcha, determinaremos su circuito equivalente y cada uno de los parametros que lo componen.
MOTOR DE INDUCCION CON CONDENSADOR DE MARCHA.
En este tipo de motor el condensador del bobinado auxiliar permanece conectado todo el
Tiempo. Esto simplifica en construccion y reduce el costo ya que no es necesario el switch
Centrifugo ademas el factor de potencia, torque y eficiencia resultan mejorados ya que el
Motor opera como motor bifasico. La operacion continua del condensador requiere ciertas
Caracteristicas constructivas y se debe comprometer el torque de partida frente al torque de
La marcha.
Figura 1.Motor de induccion con condensador de marcha
Figura 2. Circuito equivalente maquina de induccion con condensador de marcha.
Ahora analizaremos otro ejemplo, ya con valores aplicandolo a el modelo antes descrito; un motor monofasico con capacitor de marcha de 4 polos 120V, 60 Hz tiene los siguientes parametros del circuito equivalente.
X1P = 2Ω
R1P = 1.5Ω
R2 = 1.5Ω
X1A = 2Ω
R1A = 2.5Ω
X2 = 2Ω
Xm = 48Ω
Capacitor de marcha = 30uF
Na/Np = 1
Se debe dibujar el circuito equivalente basado en la teoría del doble campo rotatorio cuando el motor opera con 0.05 de deslizamiento.
Hallamos entonces la Reactancia Capacitiva.
Xc = ((1)/(2πFC) = 1/(2πx60x30) =8.84e-5Ω
S+ = 0.05
S - = 1 – 0.05 = 0.95
Ahora determinaremos la corriente total y el troque total del motor en el voltaje dado.
Con S = 1
Z = (jXm/2 II jX2/2 + R2) = 24∠90˚ II 1.25∠53.13˚ =(36∠143.13˚)/(25.01∠88.29)〈Ω〉
Z = 1.2∠54.85 Ω
Ip = (V / (Z1A + Z+ + Z-)) = (120∠0˚)/ (1.5 + j2 + 2(1.2∠54.85 Ω ))
Ip = 24.5∠-54˚A
Ia = (120∠0˚)/(86.43∠-88.34˚ + 2(1.2∠54.85 Ω ))
Ia = 1.42∠87.4˚A
La corriente total de arranque sera entonces la suma:
I = Ia + Ip = 23.4∠-51.82˚A
El torque en el arranque sera :
T = 2 Ia ‖ Ip (R+ + R-)sen (Φa - Φp)/Ws
Ws = 1800x(2π/60) = 188.5rad/s
T = 2x(24.5)x(1.42)x2x0.69sen(87.4˚ + 54˚)/188.5 〈N.m〉
T = 0.318N.m
Para determinar el valor del capacitor que debe ser usado en paralelo con el de marcha para maximizar el torque de arranque por amperio de corriente de arranque debemos realizar la siguiente operación.
Zp = RP + jXP, quees la impedancia de entrada del devanado principal de arranque.
Zp = 1.5 + j2 + 2(0.69 + j0.98) = 4.9∠-54˚Ω
ZA = RA + jXA, que es la impedancia de entrada del devanado auxiliar en arranque sin el capacitor.
Continuamos con el analisis de la importancia del aterrizamiento del neutro de un sistema trifasico.
CARGA DESEQUILIBRADA CONECTADA EN ESTRELLA
En el ejemplo siguiente vamos a analizar un sistema que presenta una carga desequilibrada en estrella de tres hilos. Determinar las lecturas de los tres amperímetros para el circuito de la figura 1. El circuito está alimentado por una fuente trifásica de 240 V, 60 Hz.
Los voltajes Van, Vbn y Vcn son desconocidos ya que no hay conexión del neutro del generador a la carga. Por lo tanto no pueden determinarse los voltajes de fase directamente aplicando la ley de Ohm. El problema se puede resolver utilizando el método de mallas o transformando la estrella a una delta equivalente. Los ángulos de fase de los tres voltajes de línea, tal como se muestra en la figura 2. Son:
Vab = 240∠0˚V, Vbc = 240∠-120˚V, Vca = 240∠120˚V
Utilizando el análisis de mallas y las corrientes de malla que se muestra en la figura 2,
Vab = (3∠0˚ + 4∠60˚) I1 - 4∠60˚I2
Vbc = -4∠60I1 + (5∠90˚ + 4∠60˚) I2
Simplificando
240∠0˚ = 6.08∠34.72˚I1 - 4∠60˚I2
240∠-120˚ = - 4∠60I1 + 8.7∠76.71˚I2
Resolviendo el sistema por determinante o sustitución encontramos que:
I1 = Ia = 41.4∠-56.4˚ Arms
Ic = - I2 = 23.3∠26.2˚ Arms
Ib = I2 – I1 = - 50∠-28.88 Arms
Por lo tanto,
El amperímetro A1 lee 41.4 A
El amperímetro A2 lee 50 A
El amperímetro A3 lee 23.3 A
Continuando con el análisis del circuito, una vez conocidas las corrientes de línea se pueden conocer los voltajes de fase de tal manera que:
VAN = Ia ZAN = 41.4∠-56.4˚ x 3∠0˚ = 124.2∠-56.4 Vrms
VCN = Ic ZCN = 23.3∠-26.2 x 5∠90˚ = 116.5∠116.2˚ Vrms
Al observar y comparar las magnitudes tanto de los voltajes de fase con olas corrientes de línea, concluimos que en un sistema totalmente desequilibrado en la carga principalmente, el punto N de la carga se encuentra desplazado del neutro de la fuente por fasor de voltaje denotado por:
VNn = Van – VAN = ((240∠-30˚)/√3) = 124.2∠-56.4˚ = 61.6∠33.67 Vrms
Ese mismo valor se puede obtener considerando las otras relaciones de voltaje, tal como se indica a continuación:
VNn = Vbn - VBN y VNn = Vcn - VCN
Este corrimiento del neutro de la carga con relación al neutro de Lafuente establece una diferencia de tensión entre los puntos N y n. El estudio de los sistemas trifásicos desequilibrados es de gran interés para el análisis de un sistema eléctrico de potencia, en el caso concreto de que ocurra una falla, que puede ser un corto circuito entre líneas o entre línea y tierra, porque dicha falla ocasiona un desequilibrio en el sistema. En este curso no es el propósito profundizar en los sistemas de esta característica.
Los sistemas trifásicos desbalanceados con cargas conectadas en delta o en estrella son objeto de un cuidadoso estudio porque ocasionan problemas desde el punto de vista de operación de los sistemas.
El desequilibrio o desbalance que se presenta es porque las impedancias pro fase son diferentes, o porque los voltajes de línea o de fase difieren entre ellos en magnitud, la simetría que se presente en los sistemas trifásicos balanceados no se establece para el caso de los sistemas desbalanceados.
Vamos a estudiar los sistemas desbalanceados considerando cargas conectadas en estrella.
CARGA DESEQUILIBRADA CONECTADA EN ESTRELLA
Los sistemas desequilibrados con carga en estrella de 4 hilos que obviamente tienen el conductor del neutro, transporta la corriente de desbalance y mantiene la magnitud del voltaje de línea a neutro a través de las fases de la carga. Lo anterior lo estudiaremos considerando el siguiente ejemplo:
Un sistema trifásico de cuatro hilos tiene una carga trifásica desbalanceada conectada en estrella, con:
Za = 6∠0˚Ω Zb = 6∠30˚Ω Zc = 5∠45˚Ω
La fuente generadora presenta secuencia ABC y voltaje de fase de 120 Vrms, se desea conocer todas las corrientes de línea considerando el voltaje Van como referencia a cero grados, véase la figura 1.
Para el cálculo de las corrientes de línea consideramos los voltajes de fase y sus correspondientes impedancias, por tanto.
Ic = ((Vcn/Zc)) = ((120∠120˚)/ (5∠45)) = 24 ∠75˚ Arms
La corriente por el hilo neutro, se obtiene aplicando la ley de corrientes de Kirchhoff en el punto común de la estrella, donde In vale:
In = Ia + Ib + Ic = 20∠0˚ + 20∠-150˚ + 24∠75˚ = 15.9∠56˚
Es importante anotar que en este caso el desequilibrio de las corrientes determina que el circule por el hilo neutro una corriente definida por las fases.
En los sistemas trifásicos desequilibrados con cargas conectadas en estrella de tres hilos, el análisis considera los voltajes de la fuente que suministra la energía como equilibrada y establece directamente las ecuaciones de malla para determinar las corrientes de fase.
Los reguladores AC son muy utilizados a nivel domestico e industrial en sistemas e calefacción e iluminación; así como en controladores de motores de inducción polifásicos, transformadores con derivaciones, solenoides, etc. En los próximos artículos se examinan las configuraciones más comunes, haciendo énfasis en los reguladores basados en control de fase y modulación de pulsos. También se discuten algunos aspectos generales relaciones con los cicloversores o cambiadores de frecuencia.
Los reguladores AC, son circuitos basados en tiristores que se utilizan para controlar el flujo de potencia desde una fuente AC hasta una carga, mediante la variación del valor rms del voltaje aplicado a la misma. Su uso es muy común en aplicaciones industriales y no industriales, incluyendo sistemas de calefacción, controles de iluminación, estabilizadores de voltaje, controles de velocidad de motoresAC, etc. Un tipo especial de regulares AC son los cicloconvertidores, los cuales convierten un voltaje AC de una frecuencia a un voltaje AC de otra. Los reguladores AC pueden ser monofásicos o trifásicos, y realizan el control de la transferencia de potencia hacia la carga por dos métodos básicos: ciclos enteros o corte de fase. En el primer caso, los tiristores conectan y desconectan la carga a la fuente durante un cierto número de ciclos del voltaje de entrada, mientras que en el segundo, la conectan solo durante una porción de cada ciclo. Los reguladores AC monofásicos y trifásicos de control de fase, a su vez, pueden ser un unidireccionales o bidireccionales. En los primeros, el flujo de potencia se realiza solamente durante un semiciclo del voltaje de entrada, mientras que en los segundos se realiza en ambos semiciclos. En todos estos utilizan normalmente tiristores de conmutación natural o por línea como interruptores. No obstante en l actualidad, en la actualidad también son muy populares los reguladores AC con control de modulación de pulsos PWM, basados en el uso de interruptores de conmutación forzada, por ejemplo tiristores GTO.
REGULADORES AC de control por ciclos enteros. En la figura 1 se ilustra el principio de regulación AC por ciclos enteros, también llamado control ON-OFF. En este caso T1 y T2 , que pueden ser sustituidos por un triac, conectan la carga a la fuente de alimentación durante un tiempo tn, y la desconectan durante un tiempo tm, ambos formados normalmente por un numero entero de ciclos. La conexión y desconexión de T1 y T2 se realiza en los puntos de cruce por cero del voltaje de entrada. El valor rms del voltaje de salida (Vo) se evalúa a partir de la formula.
Vo = Vs ((n / (m+n)) ^ (1/2)
Donde Vs = Valor rms del voltaje de entrada.
N el número de ciclos enteros durante los cuales el voltaje de entrada esta conectado a la carga.
M el numero de ciclos durante los cuales esta desconectado de ella.
Este tipo de reguladores se utilizan en aplicaciones que tienen una alta inercia mecánica y una alta constante de tiempo térmica, por ejemplo sistemas de calefacción industrial y des control de velocidad de motores. Su principal ventaja radica en que las acciones de conmutación generan una cantidad reducida de armónicas.
En esta edicion veremos algunos ejercicios relacionandos con el arranque y maniobras de un motor. Por la importancia que tienen los PLC en la actualidad se tratga en primera instancia de la tecnica de logica cableada.
Tambien con el animo de darle forma y contestar algunas consultas que se han hecho referente a el tema de motores monofasicos de AC por nuestros seguidores.
En el diagrama anterior describimos un caso tipico de la inversion de giro de un motor monofasico AC.
Básicamente para cambiar el sentido de un motor AC monofásico solo debes invertir las conexiones del bobinado de trabajo (principal) donde antes estaba la fase ahora deberá estar el neutro y para el otro extremo del bobinado es viceversa. si el motor tiene un condensador de arranque se debe invertir las conexiones del condensador y del bobinado auxiliar. (Tal cual esta expuesto en nuestro caso).
En el circuito de control de mando, R y S se designan las fases de alimentación del circuito F1, los contactos auxiliares del relé térmico, S0 el pulsador general de paro, SB2 pulsador de giro directo, SB3 pulsador de giro inverso, KM1, KM2 y KM3 las bobinas y los contactos auxiliares de los contactores de giro directo e inverso. También se indican los números que identifican cada circuito parcial y los índices que identifican los bornes de conexión de los distintos elementos involucrados, así como las conexiones eléctricas y mecánicas entre ellos, y otros aspectos que iremos discutiendo.
Cada fase de una carga conectada en delta contiene un inductor de 50 mH en serie con el arreglo en paralelo de 50 Ω y 50uF. El suministro es un sistema de tres conductores con una secuencia de fase positiva y Vab = 550∠0˚ Vrms a una frecuencia de w = 800 rad/s. Calcúlese:
- IBC
- IbB
Vamos a desarrollar el análisis de este problema con la ayuda de la grafica que se muestra en la figura A.
La secuencia de fase es positiva y tomando como la base el dato de Vab, se tiene:
Para obtener la corriente de línea IbB, es suficiente con utilizar el factor √3 para determinar la magnitud y tener presente el desfase para obtener el ángulo de fase, por lo tanto:
IbB = √3 IBC = √324.6 = 42.5 Arms.
Debido a que la secuencia de fase es positiva, en este caso tal como se estudio antes, el desfase entre las corrientes de línea y la de fase es:
-183.4˚ - 30˚ = -213.4˚
Entonces la corriente de línea IbB es de valor 42.6∠-213.4 Arms. En el ejemplo anterior vimos que la fuente presenta conexión en estrella, también puede conectarse en delta, pero esta ultima conexión no es común, debido a problemas en el sistema que pueden ocasionar perdidas, entonces lo usual es siempre considerar la fuente generadora con conexión en estrella.
El término balanceado o equilibrado en un sistema trifásico supone que la carga por fase es de igual magnitud y ángulo, al igual que los voltajes e fase o de línea también lo son. Considérese una carga balanceada conectada en delta, que consiste en una impedancia Zf instalada entre cada par de líneas. Con relación a la figura 1, supondremos que los voltajes de línea son conocidos.
VL =l Vab l = l Vbc l = l Vca l
O bien voltajes de fase conocidos
Vf = l Van l = l Vbn l = l Vcn l
Nota: IVanI, significa valor absoluto de Van, solo la magnitud.
Donde:
VL = √ (3) x Vfy
Vab = √ (3) x Van ∠30˚
Alobservar la figura 1 la fuente esta conectada en estrella, como es obvio de tres hilos. Como el voltaje presente en la carga por cada rama es conocido, se pueden encontrar las corrientes de fase,
I AB = VAB / Zf
I BC = VBC / Zf
ICA = VCA /Zf
Las tres corrientes de línea tiene la misma amplitud,
If = IAB = IBC = ICA
Como las corrientes de fase son iguales en amplitud y están 120˚ fuera de fase, entonces las corrientes de línea son también iguales en amplitud. El diagrama de la figura 2 muestra la simetría que se presenta al representar las corrientes de fase y línea en cargas conectadas en delta.
Aplicando la ley de corrientes de kirchhoff en los nodos A, B y C de la delta obtenemos las siguientes expresiones;
IaA = IAB – ICA
IbB = IBC – IAB
IcC = ICA – IBC
Las anteriores ecuaciones que establecen las corrientes de línea a partir de las de fase, están siendo representadas gráficamente en el esquema de la figura 2. Entonces se tiene:
IL = I IaA I = I IbB I = I IcC I
Como el sistema de la figura 2 es simétrico, aplicando la ley de los cosenos a cualquiera de los triángulos conformados, se obtiene que:
IL = √ (3) x If
Si la carga está conectada en delta, entonces el voltaje de línea y de fase son los mismos, y la corriente de línea en magnitud es mayor que la corriente de fase por el factor√ (3), es importante anotar que para este análisis se ha considerado Lafuente generadora como una secuencia de fase positiva y por tanto, el desfase que se presenta entre la corriente de línea y la de fase da 30 ˚, determina que la corriente de línea está atrasada con relación a la de fase en dicho ángulo, tal como se muestra en la figura 2.
En el ejemplo que se muestra en seguida permite aclarar el análisis que se realiza en el caso de sistemas balanceados conectados en delta.
Las tres espiras de la figura 1, 2, 3, 4,5 del artículo GENERACION DE VOLTAJE TRIFASICO, pueden conectarse tal como lo indica la figura A o en forma más simplificada como en la figura B.
La conexión del sistema trifásico en delta prestan tres conductores y uno tiene punto común. Este tipo de conexión de los devanados, generalmente se puede hacer un alternador trifásico en un banco de transformadores. Los extremos a’, b’ y c’ sonllevados al exterior para convertirse en líneas a’, b’ yc’ del sistema trifásico. Por tanto este es un sistema trifásico conectado en delta, desde el punto de vista de la generación de voltajes.
Figura B.
En la conexión en delta se cumple:
Eab + Ebc + Eca = 0
Para el sistema trifásico las tres bobinas se pueden conectar tal como se muestra en la figura B, y no fluirá ninguna corriente en el circuito en serie de las tres bobinas. La observación de la figura B, muestra que los voltajes de línea y de fase son idénticos pero que las corrientes de línea y de fase son diferentes. En la figura C se muestra el diagrama vectorial de corrientes de fase, para una carga balanceada.
Las corrientes de línea se determinan mediante la aplicación de leyes de kirchhoff, referentes a la corriente. De la figura B las corrientes de línea con respecto a las de fase se expresan analíticamente así:
I aa’= Ica – Iab
Ibb’ = Iab – Ibc
Icc’ = Ibc – Ica
Gráficamente se puede ver la relación que hay entre la corriente de línea a la de fase, a partir de las expresiones anotadas anteriormente, tal como lo muestra la figura D, donde la combinación de las corrientes de fase da la corriente de línea para la figura B.
En la figura D nótese que estamos considerando la secuencia abc o positiva y la relación de los vectores de corriente es tal que se ha considerado como referencia el vector de corriente Iab, adicionalmente se han distribuido simétricamente de tal manera que el desfase de corriente es de 120˚.
En la figura 3 se representan los tres sinusoides de la f.e.m inducidas en las tres espiras. Se observo que, en el instante considerado, la f.e.m. en la espira a1 a es nula y crece positivamente; la de b1b es negativa y se aproxima a su valor máximo, en tanto que la de c1c es positiva y tiende a decrecer, correspondiendo estos tres valores de la f.e.m. a la posición de las espiras en la figura 1 y 4. La f.e.m., eb1b está en retraso de fase 120˚ con relación a ea1 a y la ec1c retrasa 240˚ con relación a ea1 a, lo que corresponde a los ángulos entre los extremos a y b y a y c de las espiras.
Es importante anotar que las espiras al rotar en sus posiciones fijadas hace que los lados a, b y c pasenpor los polos en el orden a-b-c-a-b-c, implica que se establece una secuencia abc.
El cambio en la dirección de rotación producirá a-c-b-a-c-b, lo cual se llama secuencia acb. Por tanto en los sistemas trifásicos si empore hay dos posibles secuencias que son determinadas de acuerdo a la posición relativa de las espiras y al sentido de rotación de ellas generalmente a la secuencia abc se le denomina también secuencia positiva y a la otra secuencia negativa.
Tal como se puede apreciar el esquema que se ha utilizado para explicar la generación trifásica corresponde a la secuencia abc o positiva.
Las ecuaciones de las tres curvas logradas en la figura 3 de la f.e.m, son:
ea1 a = √(2E) sen wt.
eb1b = √(2E) x (sen wt – 120)
ec1c = √(2E) x (sen wt – 240)
Siendo E el valor eficaz de cada f.e.m.
Cada una de las figuras 1 y 4 puede conectarse por sus dos anillos colectores aun circuito monofásico, de tal manera que se obtiene tres circuitos monofásicos independientes como los denominados Fase A, Fase B y Fase C de la figura 5.
En la práctica no se dispone de alternadores trifásicos que alimenten tres circuitos independientes por medio de seis conductores, sino que las fases están combinadas para dar un sistema trifásico con tres o cuatro conductores. En la figura 2 puede observarse que los valores máximos de las tres f.e.m pueden representarse por E’ a1 a, E’ b1b, E’ c1c cuyas fases difieren en 120˚.
En al figura 6 los res vectores Eoa, Eob, Eoc, con diferencias de fase de 120˚, representan a escala los tres valores eficaces. Los terminales a1, b1, c1 están conectados en el punto común o.
En los próximos artículos les permitirá a nuestros lectores tener los conocimientos relacionados con los sistemas polifásicos equilibrados y desequilibrados. Lo anterior se justifica porque la generación y transmisión de grandes cantidades de potencia eléctrica se hace utilizando sistemas polifásicos, por ejemplo en nuestro país la potencia eléctrica es generada y transmitida como potencia polifásica en una frecuencia de 60 Hz.
Objetivos específicos:
·Identificar sistemas polifásicos conectados en delta y en estrella
·Establecer la diferencia que hay entre sistemas conectados en estrella de tres hilos y de cuatro hilos.
·Calcular los sistemas trifásicos balanceados y desbalanceados.
·Reconocer la importancia del corrimiento del neutro en sistemas de cuatro hilos conectados en estrella.
·Calcular todas las potencias.
Generación de voltaje Trifásico; la naturaleza de un sistema de voltajes trifásicos se ilustra mejor considerando un método n el cual se generan voltajes. La generación de f.e.m en circuitos trifásicos mediante espiras sencillas que giran en el campo magnético producido por dos polos, está representado en la figura 1. Tres espiras a1 a, b1b, c1c, sujetas rígidamente y formando entre ellas ángulos de 120˚ giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Las espiras se encuentran espaciadas formando entre ellas ángulos de 120˚ mecánicos y los terminales a, b, c y a’, b’, c’ están localizados de tal manera que se cumple el desplazamiento en grados antes enunciado.
La figura 4 representa espiras análogas a1 a, b1b, c1c, colocadas sobre un núcleo cilíndrico de chapas de hierro, que gira en sentido contrario al de las manecillas del reloj y en la presencia de un campo magnético generado por dos polos. En la figura 4 las espiras se pueden ver más claramente que en (a) y la dirección de las f.e.m instantáneas inducidas estará indicada por medio de las flechas.
La corriente puede pasar de las espiras al circuito exterior, por medio de dos anillas por cada una de ellas, representadas por a1 a, b1b, c1c, tal como se muestra en la figura 3, los terminales a y a1de la espira a1 a están conectados a los anillos a y a1, la misma disposición es como los terminales b y b1 y c y c1.
En el instanteindicado en 1 y en 4, la f.e.m inducida en la espira a
1 a es nula y crece en la dirección positiva, la f.e.m. inducida en b1b está alcanzando su valor máximo negativo, siendo negativo el terminal b, la f.e.m. inducida en c1c con su terminal c positivo ha rebasado su valor máximo positivo y va disminuyendo. También se puede considerar que estas tres f.e.m. están engendradas por tres vectores giratorios E’ a1 a, E’ b1b, E’ c1c (figura 2), cuyas direcciones son paralelas a las espiras a1 a, b1b, c1c en la figura 1 y 4. El extremo de la derecha del vector E’ a1 a corresponde también a la posición del terminal a, el extremo inferiorde E’ b1b corresponde al terminal b y el extremo superior de E’ c1c corresponde al terminal c.
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