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Figura 1. Aspecto físico de un relevador. Figura 2. Esquema interno de un relevador.
Componentes principales del control electromagnético
Relevador Definición El elemento básico de un automatismo cableado es el relevador o, en su versión industrial el contactor. El relevador es un elemento electromagnético-, puede definirse como el componente que, al recibir una determinada excitación eléctrica, actúa de intermediario para alimentar o controlar un determinado equipo o circuito eléctrico. El relevador se compone básicamente de una bobina, un conjunto magnético y contactos, como se muestra en la figura 1. Funcionamiento Cuando se alimenta la bobina con una tensión, esta hace bascular el conjunto magnético consiguiendo que los contactos cambien de posición, es decir, los contactos que estaban abiertos se cierren y los que estaban cerrados se abran. En la figura 2 se puede apreciar un esquema eléctrico de un relevador, en la cual se observa la alimentación de la bobina y los contactos que, en reposo (sin energizar la bobina), están cerrados y abiertos y que al energizar la bobina estos cambiaran de posición.
Figura 3. Contactor marca OMRON. Figura 4. Numeración de los contactos de un contactor según la normatividad europea. Contactor Se emplean en las instalaciones industriales, su principal aplicación es activar y desactivar motores eléctricos, su funcionamiento está basado en el relevador aunque incorpora un bloque de contactos asociado (contactos principales o de potencia). Estos dispositivos se dimensionan para poder soportar una mayor corriente, pues son los contactos principales los que se encargan de interrumpir o permitir el paso de corriente hacia el receptor. En la figura 3 se muestra un ejemplo de contactor de la marca OMRON. Numeración de los contactos Para saber si un contacto se encuentra abierto o cerrado en un contactor, se emplea la normalización por numeración, como se muestra en la figura 4.
Figura 6. Encendido de una lámpara con enclave. Encendido de una lámpara mediante un relevador (encendido con enclave) Se puede observar que el circuito de la figura 5 no es útil para esta aplicación, ya que alguien tendría que permanecer pulsando el botón M para que la lámpara continuara encendida. Esto se soluciona mediante un contacto de enclavamiento. Si se coloca un contacto NA de K1 en paralelo al botón M, (figura 6) cuando se energice la bobina este contacto quede como puente y aunque se deje de accionar M el circuito se mantendrá energizado. Con lo cual para desenergizar el circuito es necesario añadir un nuevo botón normalmente cerrado (NC). Tipos de relevador Relevador de protección Su función principal es la rápida remoción del servicio cuando algún elemento (línea, transformador), del sistema sufre un cortocircuito. También se encarga de dar la orden de desconexión de un circuito cuando en este se presenta una operación anormal, (frecuencia, sobretensión, sobre corriente, etc.). Las protecciones del sistema trabajan en asocio con interruptores que desconectan el equipo después de recibir la orden del relevador. Los relevadores de protección son identificados por número dependiendo de la función que lleven cabo, tal como se muestra en la tabla 1. Tabla 1. Nomenclatura de relevadores de protección. Numero de código ANSI Función de protección que debe cumplir el relevador Numero de código ANSI 25 Relé de sincronismos 59 Interruptor 26 Protección de temperatura 59N Máxima tensión residual 27 Protección de mínima tensión 64 Relé de falla a tierra 32P Máxima potencia activa 67N Máxima corriente de tierra
direccional direccional 32G /40 Máxima potencia reactiva direccional 81M Máxima frecuencia 46 Máxima componente inversa 81m Mínima frecuencia 50 -Control de temperatura 87 Diferencial 51 Máxima intensidad de fase instantánea L89L Seleccionador con carga 51N Máxima intensidad de fase 89S Seleccionador 52 Máxima intensidad de tierra 89T Seleccionador de puesta a tierra Relevador temporizador Relevador temporizador o simplemente relevador de tiempo o contador de tiempo, es el término usado para denotar cualquier relé con la capacidad para realizar operaciones de conmutación con la manipulación del tiempo. Puede ser un dispositivo desarrollado específicamente para esta aplicación o simplemente un módulo auxiliar, cuando se combina con relé o su base lleva la misma funcionalidad. Las principales funciones de este tipo son relés retraso en su funcionamiento y deenergizing retraso, generación de pulso (también se llama cíclico o abrir y cerrar) entre muchos otros. Sin embargo, actualmente existe una tendencia al uso de temporizadores capaces de realizar múltiples funciones en diferentes escalas e intervalos de tiempo. El mecanismo de relé temporizador encarga de la conmutación de un mecanismo de transmisión (estado sólido o electromecánico), Este mecanismo puede ser jugado por un sistema electromecánico, con la electrónica convencional o mediante un sistema de microprocesador. Cuando el relé es alimentado por una fuente de energía, se cambiará el estado de tus contactos después de cierto período de tiempo en el selector o programación. Puede funcionar de dos maneras: Ondellay: Cuando se acciona la bobina de un temporizador de retardo de relé (o en el caso de las entradas de los modelos de estado sólido), los contactos cambian su estado después de un previo de determinado tiempo. Offdelay: Cuando se energiza la bobina o la entrada de un relé temporizador de retardo de apagado, los contactos inmediatamente cambian su estado y después de un tiempo pre determinado retorno a la posición original. En la figura 7 se muestran algunos ejemplos de relevadores temporizadores.
a) b) Figura 9. a) Ejemplos de relevadores auxiliares. b) Estructura de un relevador auxiliar Los relevadores auxiliares suelen tener un tamaño mucho más reducido que el de los contactores. En la figura 9a se pueden ver ejemplos de relevadores auxiliares, mientras que en la figura 9b se muestra como están constituidos los relevadores auxiliares. Relevadores térmicos Dispositivo cuya función es la protección de circuitos y receptores contra corrientes de sobrecarga (sobreintensidad), que supera la intensidad nominal de operación. Sobreintensidad. Se define como toda corriente superior a un valor asignado. En los conductores, el valor asignado es la corriente admisible. Las características principales de un relevador térmico están definidas por: Intensidad nominal Contactos auxiliares accionados Forma constructiva Campo o zona de reglaje (intensidad de corriente)
Figura 10 a) Bimetálico, b) Efecto de dilatación por calentamiento. Bimetálico en frio Bimetálico al aumentar la temperatura Figura 11. Funcionamiento del relevador térmico. Bloque de empuje Bimetálico Desactivado Activado Metal 1 Metal 2 Este tipo de relevador está constituido básicamente por un bimetal (figura 10a), donde cada uno de los metales por los que está constituido tienen un coeficiente de dilatación diferente. Cuando el bimetal se calienta, este se curva, por el efecto de la diferencia de dilatación en los dos metales (figura 10b). Esta aplicación de curvatura por calor, se emplea en los relevadores térmicos al envolver el bimetal con un aislante y rodearlo con un conductor, el cual, en condiciones normales de operación, mantiene su temperatura, pero si se supera el imite de corriente de sobrecarga este incrementa su temperatura y por transferencia de calor hace que el bimetal se deforme. Al deformarse el bimetal, se genera un cambio de posición de los contactos auxiliares, que están acoplados mecánicamente al bimetal, del relevador térmico (figura 11).
Figura 13. Simbología de interruptores eléctricos. Competentes Los materiales empleados para su fabricación dependen de la vida útil del interruptor. Para la mayoría de los interruptores domésticos se emplea una aleación de latón o aluminio para resistir la corrosión. Cuando se requiere una pérdida mínima se utiliza cobre puro debido a su alto factor de conductividad eléctrica. Para interruptores donde se requiera la máxima confiabilidad se utilizan contactos de cobre, pero se aplica un baño con un metal más resistente al óxido como el estaño. Los componentes de un interruptor son: Actuantes, al accionarlos, abren o cierran un circuito Pulsadores o momentáneos, requiere un operador que mantenga la presión sobre el actuante para que los contactos estén unidos Cantidad de polos, es la cantidad de circuitos individuales que controla un interruptor; esos circuitos pueden ser de diferente voltaje Cantidad de vías, un interruptor tiene diferentes posiciones en cada una de ellas realiza una acción diferente, p.ej. el de una sola vía es el utilizado para encender una lámpara, en una posición está encendida en otra se apaga Combinaciones Tipos de interruptores Interruptores Basculante Cuentan con una palanca que opera como actuante. Debe ser movilizada hacia una posición determinada con el fin de que se observe una transformación en el estado del contacto Interruptor de pulsador Como su nombre lo refiere, esta clase de interruptor se conforma por un botón, el cual debe ser pulsado o presionado con el objetivo es que el estado del contacto sea modificado
Interruptor rotativo Dispone de un eje, el cual debe ser rotado hacia una postura específica con el propósito de que se observe un cambio en el estado del contacto Interruptor termomagnético Se refiere a 2 métodos de resguardo. El interruptor es apagado automáticamente en caso de presentarse un cortocircuito. El segundo, hace referencia a la desactivación del interruptor cuando se produce una sobrecarga de corriente eléctrica. Reed switch Un interruptor ubicado en una cápsula de vidrio. Se activa cuando descubre un campo magnético Interruptor centrifugo Es activado o desactivado cuando se expone a una fuerza de carácter centrífugo. Interruptores de transferencia Se basa en un traspaso de la carga de un circuito hacia otro cuando se presenta una falla de energía. Interruptor DIP Constan de un conjunto de pequeños interruptores ligados entre sí, constituyendo una doble línea de contactos. Interruptores de mercurio Está compuesto por una pequeña dosis de mercurio ubicada en un conducto de vidrio. Es empleado con el fin de hallar inclinación Interruptor diferencial o disyuntor Se caracteriza por interrumpir la corriente eléctrica cuando las personas se encuentran en peligro por falta de aislamiento. En la figura 14 se muestran algunos tipos de interruptores.
Figura 15. Tipos de fusibles de baja tensión. 30 A. Estos fusibles poseen una base roscada y están proyectados para ser utilizados en arrancadores reducidos o en cajas de interruptores de seguridad a 125 V, en motores de pequeña corriente. Por regla general, los fusibles protegen contra los cortocircuitos más bien que contra las sobrecargas. Con corrientes de aproximadamente 25 ó 30 veces su valor nominal, los elementos fusibles se fundirán en el espacio de un ciclo a ( Hz) e interrumpirán el circuito en el próximo ciclo, aproximadamente en 1/30 de segundo. Alta tensión Por encima de los 600 V. se emplean fusibles especiales de alta tensión que incluyen varios órganos para extinguir el arco que se podría mantener, particularmente a alta tensión, cuando el elemento fusible se vaporiza a causa de la corriente excesiva. Algunos de estos fusibles se utilizan particularmente junto a interruptores o disyuntores baja capacidad de ruptura para aprovechar la ventaja de baja capacidad de ruptura que poseen estos dispositivos. Los tipos de fusibles de alta tensión más comunes son Los fusibles líquidos funcionan según el principio de la acción de desionización del vapor del agua producido por la reacción entre el arco y el ácido bórico líquido. Existen «conectadores» recambiables para estos fusibles en los valores nominales de 7.5, 15, 23 y 34,5 KV, con poderes de ruptura de hasta 0,45, 0,75. l y 1,2 millones de KVA, respectivamente. Los fusibles de expulsión de alta tensión, más pequeños, funcionan según el principio de la presión, creada por la formación de vapores dentro del tubo porta fusible, actuando un mecanismo disparador para expeler el vapor y así extinguir el arco. Los fusibles de material sólido utilizan órganos de contacto de resorte. unidos al elemento fusible, los cuales aumentan el entrehierro entre los contactos cuando el fusible se funde, con lo que se extingue el arco.
Temporizadores Arranque, paro y jogging versión 2 Descripción Se requiere realizar maniobras de arranque (tensión plena) y paro de un motor trifásico de corriente alterna desde dos puntos de operación (P1 y P2), las maniobras a realizar se enuncian como sigue:
- Desde P1, al presionar y soltar un botón pulsador normalmente abierto, al que se denomina como botón arranque (BA), el motor se pone en funcionamiento.
- Si el motor está en funcionamiento y desde P1 se acciona un botón pulsador, normalmente cerrado, al que se denomina botón de paro (BP), el motor se detiene.
- Si el motor está en funcionamiento y desde P2 se pulsa una sola vez un botón normalmente abierto, que se denomina botón a pasos (BPas), el motor se detiene.
- Si el motor está detenido y desde P2 se presiona permanentemente BPas el motor arranca y se mantienen en funcionamiento, no obstante, al soltar BPas el motor se detiene.
- Desde P1, al pulsar BA el motor vuelve funcionar de acuerdo al punto 1, a no ser que se presente el punto 2 y 3. Diseño de control y circuito de fuerza (Libreta) Control electromagnético En la figura 16a se muestra el diseño en papel del circuito de control, con simbología europea, que satisface a los puntos mencionados en la descripción del
Figura 17. Representación del circuito de control mediante compuertas lógicas. or and and and Figura 18. Representación en algebra de Boole. Compuertas lógicas En la figura 17 se muestra un esquema de la operación del circuito de control, de la figura 16, representado con compuertas lógicas. Las compuertas representan los arreglos serie o paralelo de los componentes involucrados en el circuito de control electromagnético, los estados iniciales de los elementos de entrada (botones y contactos) se consideran como las señales de entrada para las compuertas; donde normalmente cerrado se considera como un 1 lógico y normalmente abierto como un 0 lógico. Algebra de Boole En la figura 18 se muestra la representación del circuito de control en algebra booleana. Para llegar a esto, se parte del diagrama de compuertas lógicas considerando ahora: como suma a la compuerta ‘or’, y como producto a la compuerta ‘and’. Circuito de fuerza La figura 19a muestra el diseño del circuito de fuerza en simbología europea, mientras que en la figura 19b el diseño se muestra en simbología americana.
a) b) Figura 19. Circuito de fuerza. Figura 20. Diseño del circuito de control en Automation Studio. Diseño de circuito de control y fuerza (Automation Studio) Con fines de saber si el circuito diseñado en papel funciona correctamente, se recurre a la herramienta de simulación Automation Studio, en la cual se dibuja el circuito de control en simbología americana, tal como se muestra en la figura 20. La figura 21 muestra el diseño del circuito de fuerza en simbología americana mediante Automation Studio.
Figura 22. Protocolo de simulación. a) Figura 22. Protocolo de simulación. c)
- Se comprueba que el botón de paro funcione, es decir que al presionarlo el motor se detenga (figura 22b).
- Se arranca nuevamente el motor mediante BA y se comprueba que la sobrecarga funcione (figura 22c).
Figura 22. Protocolo de simulación. b) Figura 22. Protocolo de simulación. d)
- Se arranca nuevamente el motor mediante BA y se pulsa una sola vez el botón BPas, el motor debe detenerse. Si se mantiene presionado el botón BPas, el motor debe mantenerse funcionando (figura 22d).
- Si se deja de presionar el botón BPas, el motor debe detenerse.
