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Automatización (Cód. 600013) Automatismos eléctricos II: circuitos de potencia

Escuela Politécnica Superior UNIVERSIDAD DE ALCALÁ

Circuito de potencia

Apertura/cierre

Índice

1

Circuito de potencia

2

Apertura/cierre

3

Protección

4

Motores eléctricos

5

Arranque de Motores

6

Ejercicios

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

2/31

Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

Esquema de potencia Los componentes que encontramos en el circuito de potencia son: Representa el circuito encargado de alimentar los receptores de gran consumo.

Interruptores

Lo integran los siguientes elementos:

Fusibles

Elemento para abrir o cerrar el circuito de potencia. Elementos de protección. Receptores. Todo circuito de potencia está siempre gobernado por su circuito de mando correspondiente.

Seccionadores Interruptores automáticos de protección: Relé térmico Relé electromagnético Relé diferencial Contactores principales Receptores de gran consumo (motores, resistencias,...)

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Circuito de potencia

Apertura/cierre

Índice

1

Circuito de potencia

2

Apertura/cierre

3

Protección

4

Motores eléctricos

5

Arranque de Motores

6

Ejercicios

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

Interruptor Elemento mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales de servicio e incluso las de sobrecarga.

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Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Seccionador

pued cuandoSe esté en Arranque deseccionador Motores Ejercicios 6/31

contactos se hayan sustituc soldado Se puede añadir a los secc sustitución de los tubos o d

Seccionador

1/L1

3/L2

5/L3

4

6

5/L3

5/L3

3/L2

2

4

2

6

3/L2

1/L1

1/L1

5/L3

3/L2

5/L3

Seccionador con y sin fusibles

6

4

2

6

4

2

6

4

2

– Q3

– Q3

– Q2

Q1

– Q2

6

4

3/L2

1/L1

– Q1

2

5/L3

3/L2

1/L1

1/L1

Elemento mecánico de conexión que, enSeccionador Interruptor Interruptor Interruptor-seccionador seccionador la posición de abierto y por razones de sí sílas características no Combina Manipulación en carga Interruptor Interruptor Seccionador seguridad, asegura una distancia del seccionador sí seccionador: no con las del Aislamientode en posición “O” sí interruptor específica, denominada sí sí no nipulación en carga seccionamiento. síPuede abrir, soportar y cerrar el no lamiento en posición “O” sí Soporta intensidades de empleo y circuito en carga. breves intensidades de sobrecarga. Mantiene una distancia de seguridad Solo puede abrir o cerrar el circuito en su posición de abierto. en vacío (es un aparato de ruptura lenta Ver vídeo ).

Interruptor-seccionador

Circuito de potencia

Apertura/cierre

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Circuito de potencia

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Apertura/cierre

3

Protección

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Motores eléctricos

5

Arranque de Motores

6

Ejercicios

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Elementos de protección Todo circuito debe estar protegido contra sobreintensidades (I > In ) Cortocircuito: contacto directo de dos puntos con tensiones distintas. Sobrecarga: aumento momentáneo de intensidad en un circuito sin defectos. Protección contra cortocircuitos: Fusibles calibrados rápidos. Interruptores automáticos de corte electromagnético. Protección contra sobrecargas : Fusibles calibrados lentos. Interruptores automáticos de corte térmico.

Las combinaciones usadas son: Fusible: protege contra cortocircuitos y sobrecargas de larga duración. Fusible+Relé Térmico: protege contra cortocircuitos y contra sobrecargas. Se utiliza para la protección de motores. Interruptor automático Magnetotérmico: protege contra cortocircuitos y contra sobrecargas. La parte magnética protege contra cortocircuitos. La parte térmica protege contra sobrecargas.

Motores eléctricos

Fusible Elemento de protección contra sobrecargas y/o cortocircuitos. En caso de intensidad excesiva, se funde la parte conductora del fusible, abre el circuito e impide el paso de la corriente.

Arranque de Motores 533333

Protección

Ejercicios Cilíndricos 14 ! 51

3 9/31 Con cuch ! 690 tamaño 00 0 0 ! 500

DF2 GN"""" DF3 EA""

Una segunda letra indica la aplicación: L: líneas. M: motores. 812887

G: uso general.

533334

Apertura/cierre

812890

Circuito de potencia

Forma de los fusibles: DF4 GN""""

Cilíndricos 22 ! 58

! 400

5

! 690

4 Con cuch6 tamaño 18 1 1 Con cuch2 tamaño 22 3 4 Con cuch5 tamaño 3

! 500

6 Con cuch8 tamaño 41

! 400

1

Cilíndricos: hasta ≈ 100A. DF2 FA""

De cuchillas: hasta ≈ 1000A.

a: pueden cortar una parte de las sobreintensidades. Lentos.

812891

g: pueden cortar todas las sobreintensidades. Rápidos.

533335

Tipos de fusible (UNE):

DF3 FA""

1 2 4 6 8 1 1 1 2 Con cuch2 tamaño 03 4

DF2 JN""""

Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Seccionador fusible XLP 1 • • • • • • • • •

Ejercicios

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Esquemas

EasyLine 3-polos

Arranque de Motores

XLP1

250 A

Monitorización electrónica de fusibles Micro-contacto auxiliar, 1 ó 2 pcs Contactos auxiliares, 1 NO ó 1 NC según IEC 60947-5-1 Cubrebornes Amplia gama de terminales para cable (Ver pág. 12) Marcos frontales para 1 - 2 aparatos Adaptadores de barras para 60 mm distancia barras Dispositivo para enclavamiento por candado Dispositivo para precintado

Portafusibles modulares DF6 ABi

A veces los fusibles se montan sobre la parte móvil de un seccionador. Los propios fusibles abren o cierran los contactos. 6

6

1

3

5

2

4

6

GK1 iF

Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Relés de protección I

Motores eléctricos Arranque de el Motores contactos auxiliares y en circuito deEjercicios potencia, a través 11/31 de sus tres contactos principales. 97

Simbología normalizada:

2T

Relé térmico 95

Detecta una sobreintensidad debido al F aumento de temperatura que hará que 96 98 matismos unas láminas bimetálicas se curven y seRelé térmico Contactos auxiliares ustriales active el disparador del contacto asociado. para el 97

1

96

A1 24 50 V A Hz 2

97

T SE RE

98

95

P O ST

96

Contactor

L3

A1

Reposición (rearme) manual. ontactor

6

STOP

Magnetotérmico

95 NC

Protege contra: sobrecargas, arranques 5 demasiado lentos, ciclos arranque-paro frecuentes. NC

4

RESET

NO 21

98

3L2 13

6

6 T3

4

2

NA

4 T2

2

5

97

2 T1

5

3

3

Contactos principales para el circuito de potencia

circuito de mando

1

1

Relé térmico F 1

L1 L2 L3

Circuito de potencia

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Protección

Motores eléctricos

Relés de protección II Relé electromagnético Detecta una sobreintensidad debido al aumento del campo magnético inducido por dicha corriente, haciendo que se dispare el contacto asociado. Protege contra cortocircuitos. Si se utiliza para proteger motores, debe soportar el pico de corriente en el arranque. Se suele utilizar en conjunción con un relé térmico. Relé magnetotérmico Combina las acciones de los relés térmicos y electromagnéticos. Protege contra sobrecargas y contra cortocircuitos.

Arranque de Motores

Ejercicios

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Motores eléctricos

0,001 0,7 1 0,8

Disyuntor

4

6

V1

W1

4

2

– Q1

1

2 U1

20 30 50 70 100

5/L3

1/L1

5/L3

1/L1

3/L2

Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia (guardamotores).

2

4

6

U1

V1

W1

– KM1 M1 3

M1 3

untor motor magnetotérmico

†

5 7 10 4 6 8

Curvas de disparo de un disyuntor motor GV2

Se trata de un relé magnetotérmico con un interruptor.

3/L2

untor motor magnético + contactor + relé térmico

2 3

3

4

V1

0,01

M1 3

Q1

Ejercicios 2

W1 6

2

U1

Relés de protección III

Arranque de Motores 0,1

6

Protección

– F1

5

Apertura/cierre

Segu

Circuito de potencia

Disyuntor motor magnetotérmico + contactor

42

(1) Protección 13/31 térmica (2) Protección contra los cortocircuitos

Circuito de potencia

Apertura/cierre

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1

Circuito de potencia

2

Apertura/cierre

3

Protección

4

Motores eléctricos

5

Arranque de Motores

6

Ejercicios

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

Motores eléctricos Receptores que transforman energía eléctrica en energía mecánica de rotación.

de esquemas s Tipos:

Fig. 11.1. Motor eléctrico.

Motores asíncronos

El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estátor (véase la Figura 11.2).

Son los más empleados en la industria gracias a:

De corriente continua.

Su facilidad de utilización,

De corriente alterna:

Síncronos. Asíncronos (de inducción): Fig. 11.2. Estátor y rotor de motor eléctrico.

poco mantenimiento y bajo coste de fabricación.

Monofásicos.

El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante.

éctricas giratorias Trifásicos: de rotor bobinado,

ofásico

de rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).

El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa. Generador

Placa de bornes

de corriente alterna

W1

V1

El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores M1 a una jaula de ardilla, de ahí que de rotor en cortocircuito) similar 3 jaula de ardilla. reciban el nombre de rotor de

U1

co, o

Estátor

El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes (véase la Figura 11.3).

Rotor Rodamientos

Ventilador Eje Bobinado Placa de características

Fig. 11.3. Sección de motor eléctrico

Carcasa

Generador de corriente continua

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Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Modelo funcional del motor asíncrono Principio de funcionamiento El giro del rotor se produce por la interacción entre el campo magnético giratorio del estátor y el inducido en los bobinados del rotor. La velocidad de sincronismo (ns ) es la velocidad angular del campo magnético giratorio: ( f frec. de la red 50f (rpm) ns = p p nº pares de polos La velocidad angular del rotor (n) no alcanza nunca la velocidad de sincronismo: n < ns s=

ns − n (deslizamiento) ns

Par motor/par resistente El motor ofrece un par M en función de su velocidad. Toda carga conectada al motor le ofrece un par resistente Mr Al igualarse el par del motor (M ) y el par resitente, la velocidad n se mantiene constante: M = Mr ⇒ n = cte

Circuito de potencia

Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Curvas: par motor, par resistente e intensidad vs. velocidad. M − par motor Mr − par resistente

U V W n

M, 



M 3∼

Máquina

I − intensidad

M

Ia − intensidad de arranque

 M

In − intensidad nominal Ma − par de arranque

Mr

M

Mn − par nominal

Mn

n − velocidad angular

n

ns − velocidad de sincronismo nn − velocidad nominal nn ns

n

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1

Circuito de potencia

2

Apertura/cierre

3

Protección

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Motores eléctricos

5

Arranque de Motores

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Ejercicios

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

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Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

Arranque directo Se realiza en un solo tiempo. El estátor se acopla directamente a la red. La corriente inicial es de 4 a 8 veces la nominal. En los cálculos se considera Ia =6In . Solo se utiliza con motores de pequeña y mediana potencia y si la red lo permite. El par de arranque Ma ≈1,5Mn . El par máximo se alcanza aproximadamente al 80 % de la velocidad nominal. No se recomienda en montacargas ni en cintas transportadoras por el par de arranque. El motor solo necesita tres bornes U–V–W. La conexión interna dependerá de la tensión de la línea. Para el giro a derechas se conectan: L1–U, L2–V, L3–W. Para el cambio de giro, se intercambian dos.

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Apertura/cierre

Protección

Motores eléctricos

Arranque de Motores

Ejercicios

N)J N*J N+J

JJJJJ

JJJFM

NJJ

Arranque directo

)

+

-

*

,

U

)

+

-

*

,

U

)

+

-

S-

ST

SU

SE

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