CIRCUITOS MAGNÉTICOS
ELECTROIMAN
El electroimán es una parte básica en cantidad
de aparatos eléctricos, como son, entre otros, el relé, el contactor, el temporizador,
etc.
La posibilidad de accionar contactos por medio
de un electroimán ha posibilitado la realización de gran cantidad de maniobras,
representando en su día un gran avance técnico.
El electroimán está constituido básicamente
por un circuito magnético, una bobina y complementos mecánicos de fijación que
se estudian a continuación y que se representan sobre la fig. 1.
El circuito magnético, está compuesto por un
núcleo (1) y una armadura (2). El núcleo está
separado de la armadura por la fuerza de unos resortes (3), Al dar corriente a la bobina (4), el
núcleo atrae a la armadura venciendo la fuerza del resorte, La armadura se
encarga de arrastrar a los contactos (5), cambiándolos de posición.
Los circuitos magnéticos para corriente alterna
están construidos con chapa magnética, para evitar el calentamiento de los
mismos a causa de las corrientes parásitas. Los circuitos magnéticos para corriente
continua están construidos en acero (piezas macizas), por no tener el
inconveniente de las corrientes parásitas que se generan con corrientes
alternas.
En los circuitos electromagnéticos alimentados
por corriente alterna es nece-sario colocar las llamadas espiras de sombra para
evitar vibraciones del núcleo con la armadura (6).
En la espira de sombra se induce una corriente
que va desfasada respecto al campo de la bobina, Cuando la corriente de la
bobina es cero (flujo magnético cero), la espira de sombra genera una pequeña corriente,
cuyo campo magnético es capaz de mantener unidos el núcleo con la armadura
durante ese corto espacio de tiempo que se produce 100 veces por segundo, para
frecuencia de 50 Hz.
En la fig,
2 se representa un circuito electromagnético cuya bobina está alimentada
por corriente continua, Una particularidad de estos circuitos es la de instalar
en serie con la bobina una resistencia que limite la corriente absorbida, una
vez que el núcleo atrae a la armadura. En los circuitos alimentados por c.a.,
esa misión la cumple la impedancia Z que se genera en el circuito.
La
fig. 3 representa otra variante de circuito
magnético alimentado por c.a., siendo el de la fig. 1 en forma de U y éste
en forma de E.
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE UN CIRCUITO ELECTROMAGNÉTICO
Un rectángulo con su alimentación representa
un circuito electromagnético, que puede accionar contactos que, en reposo,
pueden estar abiertos, cerrados, ser temporizados a la conexión, a la
desconexión, etc.
Las bobinas y su correspondiente circuito
magnético se preparan de forma diferente si están conectados a redes de
corriente alterna o continua.
En función de cómo sea la fuente de
alimentación, variará también el esquema de alimentación, aunque se trate de la
misma maniobra. No será el mismo circuito magnético ni eléctrico para mandar un
contactor desde un pulsador de marcha y otro de paro si se alimenta en
corriente alterna o en corriente continua.
TENSION:
Las tensiones de servicio suelen variar respecto a la tensión de la red. Por lo
general, la alimentación a los circuitos de maniobra parte de transformadores
que suministran corriente a 230 V, 110 V, 48 V, 24 V y otras, según sea el caso
o instalación de que se trate.
FRECUENCIA:
Dado que en Europa la frecuencia utilizada es de 50 Hz y en EE.UU. 60 Hz, resulta
posible, y así se suele dar en alguna ocasión, que haya que utilizar bobinas
para frecuencias diferentes a la de la red. A este respecto se estudian dos
casos que pueden presentarse en la práctica.
Ejemplo 1.
Bobina para 230 V y 60 Hz. Supuesto de que
hubiera que conectarla a una red de 50 Hz. Calcular la tensión a que se ha de
someter la bobina.
U, = 
* U = 
* 230 = 191,66 V
* U = * 230 = 191,66 V
Ejemplo 2. Bobina
para 230 V y 50 Hz. Supuesto de que hubiera que conectarla a una red de 60 Hz. Calcular
la tensión a que se ha de someter la bobina.
U, = * U = * 230 = 276 V
* U = * 230 = 276 V
CÁMARAS APAGA-CHISPA
Importante resulta la extinción del arco en
el momento que se abren los contactos del circuito de potencia. La formación
del arco produce erosión, calentamiento y envejecimiento rápido de los
contactos.
Para interrumpir rápidamente el arco, se
emplean diferentes procedimientos, como son:
Ø Soplado magnético.
Ø Soplado por aire a
presión.
El dispositivo de soplado se contiene en una
cámara desionizadora que facilita el apagado rápido del arco.
1)
Contactos abiertos.
2)
Contactos cerrados.
3)
Contactos después de la abertura.
4)
Alargamiento del arco por procedimiento magnético.
5)
Contactos en reposo después de cortar el arco.
EL RELE
El relé es un aparato eléctrico que se utiliza
en gran número de esquemas de telemando como auxiliar del contactor y de otros
aparatos que son necesarios para elaborar una determinada maniobra.
El relé consta básicamente de un circuito electromagnético
y de una serie de contactos abiertos y cerrados en posición de reposo.
En la figura 1.queda
representado un relé en estado de reposo. La fig. 2 representa
al circuito electromagnético bajo tensión y por tanto con todos sus contactos
cambiados respecto a la posición de reposo, fig. 1.
En la práctica y a nivel de esquema los contactos
se disponen en 'el lugar que convenga y el circuito electromagnético por un
rectángulo.
EJEMPLOS
DE MANIOBRA PARA RELES
N: 1. Mando de un relé por impulsos
Mientras que se mantenga pulsado S1, la bobina KA tendrá tensión, con lo que mantendrá cambiados los contactos respecto
a la posición de reposo.
A) Esquema
en posición de reposo.
B) Esquema
en posición de trabajo, bobina excitada.
Una maniobra similar a la que se realiza con
el pulsador como medio de mando es la que se hace por medio de un contacto
auxiliar de otro aparato eléctrico o con un interruptor.
N° 2. Mando de un relé desde un pulsador de marcha y otro de
paro
Al pulsar en S1 se excita la bobina KA
cambiando la posición de todos sus contactos. Al dejar de pulsar en S1, el relé se seguirá alimentando a
través de un contacto auxiliar de KA.
Cuando se desea hacer el paro, habrá que pulsar
en S2, con lo que al cortar la corriente,
cae la maniobra y los contactos vuelven a la posición de reposo.
A)
Esquema funcional que representa la maniobra arriba explicada.
B)
Esquema práctico que representa al relé, su pilotaje y los elementos que pilota
con sus contactos.
En esquemas complejos, esta forma de
representar llevaría a complicar y a dificultar la lectura e interpretación del
esquema.
EL CONTACTOR
Se define al contactor como un interruptor gobernado
a distancia de muy diversas maneras, estando constituido principalmente:
1)
Circuito electromagnético.
2)
Contactos auxiliares.
3)
Contactos de potencia.
La diferencia entre contactor y relé estriba principalmente
en que el contactor pilota un circuito de potencia y tiene contactos auxiliares
para su propio gobierno y para participar con otros componentes que forman el esquema.
La aportación del contactor supuso el abaratar
las maniobras, facilitarlas y poderlas integrar en diferentes procesos
automáticos, por dif íciles que sean.
En
la representación de los esquemas, los contactos auxiliares y el circuito
electromagnético van con el llamado esquema de principio o funcional, mientras
que los contactos principales van con el esquema de potencia.
En las figs.
1 y 2 pueden apreciarse la representación del contactor en las tres partes
que lo definen. La fig. 3 representa
a un contactor tal como se presenta en el mercado. Hay gran cantidad de
fabricantes, por lo que resulta fácil encontrar el tipo de aparato que se necesita
para una maniobra concreta.
El contactor es el elemento más utilizado en el
gobierno de motores y otros aparatos de potencia.
El dimensionado del contactor se corresponde
con la potencia del receptor a pilotar y la clase de corriente que pasa por el
circuito de potencia y con la que se pilota a la bobina (electroimán).
Los contactos principales y auxiliares del contactor
toman la marca que se asigna a la bobina del circuito electromagnético.
ELECCIÓN DEL CONTACTOR
Seguidamente se señalan y enumeran una serie
de datos que ayudan a la elección del contactor en función a su utilización.
Dos datos importantes en la elección del
contactor son:
1)
Tiempo que permanecen los contactos pasando corriente a través de ellos.
2)
La categoría de servicio según su aplicación.
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTACTORES, SEGÚN EL TIEMPO QUE PERMANECEN LOS CONTACTOS PASANDO
CORRIENTE A TRAVÉS DE ELLOS
a)
Empleo ininterrumpido.
b)
Empleo de 8 horas.
c)
Empleo temporal.
d)
Empleo intermitente.
a) Empleo
ininterrumpido
Los contactos pueden permanecer cerrados
durante un tiempo ilimitado, pasando por ellos le corriente de la utilización.
b) Empleo
de 8 horas
El tiempo de empleo puede ser del orden de 8
horas de tal forma que los contactos adquieran el equilibrio térmico.
c) Empleo
temporal
En este caso, el tiempo de paso de corriente
por los contactos es tal que éstos no llegan a adquirir el equilibrio térmico.
El tiempo de reposo será tal que asegure que los contactos adquieran la
temperatura de ambiente.
d) Empleo
intermitente
Este empleo está constituido por una sucesión
de ciclos iguales, compuesto cada uno por un tiempo de conexión en el que los
contactos adquieran el equilibrio térmico y un tiempo de desconexión durante el
cual los contactos adquieran la temperatura del ambiente.
CLASIFICACIÓN DE LOS APARATOS DENTRO DE SU EMPLEO INTERMITENTE, TENIENDO EN CUENTA EL NUMERO
DE MANIOBRAS EFECTUAR EN UNA HORA
CLASE
|
Nº
Maniobra por Hora
|
0
|
6
|
I
|
30
|
II
|
150
|
III
|
600
|
IV
|
1200
|
FACTOR
DE MARCHA
Como quiera que, para un mismo número de
maniobras por hora, las condiciones de empleo del contactor son diferentes,
según el tiempo de duración de la conexión y desconexión, cada clase de uso se
subdivide a su vez en cuatro regímenes de marcha, definidos por un factor
marcha (ED) expresado en según se indica a continuación:
FACTORES
DE MARCHA A CONSIDERAR EN CADA UNA DE LAS CINCO CLASES DE USOS
CATEGORÍA DE SERVICIO DEL APARATO SEGÚN SUS APLICACIONES
CLASES
DE SERVICIO
A la hora de realizar el trabajo los contactores,
se han de distinguir tres períodos distintos:
1)
Momento de conexión (arranque).
2)
Tiempo de trabajo (servicio nominal).
3)
Momento de la desconexión.
Los puntos 1 y 3 son de gran importancia para
la vida o duración de un contactor. Las sobrecargas periodo de arranque y los
arcos formados en la desconexión, reducen sensiblemente la duración de los contactos.
Así pues, resulta de suma importancia elegir para cada motor el contactor
adecuado, teniendo en cuenta para su elección las indicaciones que se dan a
continuación.
a) El tipo de motor.
b) El arranque más conveniente.
c) El tipo de contactor que soporte las maniobras y trabajo del
motor.
d) La extinción del arco en el momento de la desconexión, lo más
rápidamente posible.
e) Dureza y composición de los contactos, adecuados a las
maniobras a realizar por el contacto
f) En la elección de un contactor o conjunto de ellos para una
maniobra o proceso, es corriente y añadiríamos, necesario, consultar con los
técnicos de la firma elegida, ya que nadie mejor que ellos conoce las características
del material que fabrican.
TIPOS DE ESQUEMAS
Mando de un contactor que alimenta a motor
trifásico, desde un pulsador de marcha S2
y otro de paro S1.
Todas las maniobras de contactores pueden
representarse de tres formas diferentes, tal como se estudian a continuación.
1)
Esquema de potencia
En este esquema se reflejan todos los elementos
y conductores por los que pasa la corriente que alimenta al circuito objeto de
la maniobra, como son por ejemplo, los fusibles, seccionador, contactor, relé
térmico, etc.
2)
Esquema de maniobra
En este esquema se representa solamente los
circuitos electromagnéticos y contactos auxiliares de los contadores, así como,
todo tipo de aparato auxiliar que intervenga en la maniobra, como son, entre
otros, el temporizador, programador, captores, pulsadores, interruptores, etc.
3)
Esquema general de conexiones
Salvo excepciones, son los esquemas de
potencia y maniobra los que se utilizan en la práctica para representar
maniobras.
El esquema general de conexiones corresponde
al esquema práctico, representando los aparatos eléctricos y su conexión, de la
misma forma a como lo estar fan en la práctica. Como fácilmente puede
comprenderse, resultaría casi imposible y nada práctico, representar bajo esta
forma de esquema maniobras o procesos, aunque sólo fueran de mediana complicación,
Este tipo de esquema raramente se presenta y
siempre en maniobras sencillas.
En esta obra, solamente se presentan esquemas
de potencia y maniobra.
Es conveniente señalar, que esquema es la
representación más simple de una cosa, capaz de ser entendida sin dificultad.
INTERRUPTORES
Dos tipos de interruptores automáticos:
a)
De acción magnética
Protegen
al circuito contra corrientes de cortocircuito
b) De acción magnetotérmica
Protegen al circuito contra:
Ø Corrientes de cortocircuito.
Ø Corrientes de sobreintensidad (sobrecargas)
Los interruptores automáticos pueden suplir a
los fusibles, aunque pueden precederles para así proteger con su fusión a los
interruptores automáticos de las corrientes peligrosas.
Los interruptores automáticos se fabrican
para diferentes curvas de actuación.
Curva
C (equivalente a curva U)
Protección de cables alimentando receptores
clásicos.
Sobrecarga:
térmico estándar.
Cortocircuito:
magnéticos fijados por curva C.
Im entre 5 y 10 In o 7y 10, según los
aparatos y según normas EN60898 y EN60947.2.
Curva
D
Protección de cables alimentando receptores
con fuertes puntas de intensidad en el arranque.
Sobrecarga:
térmico estándar.
Cortocircuito:
magnéticos fijados por curva D.
Im entre 10 y 14, según normas EN60898 y
EN609472
Curva
MA
Para interruptor de acción magnética.
Protección en el arranque de motores.
Cortocircuito:
umbrales magnéticos fijados por curva MA.
Im fijado a 12 In , según norma EN60947.2.
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